В один из первых теплых февральских дней Эмили Бернхардт из Университета Герцога и ее команда экологии ручьев надели свои вейдерсы и отправились на обсаженные платанами берега реки Нью-Хоуп-Крик.
Ручей извивается через Чапел-Хилл и Дарем, прежде чем впасть в озеро Джордан, основной источник питьевой воды для центральной части Северной Каролины.
Бернхардт вошел в мелкий ручей и окунул датчик газа в воду. Она и ее коллеги наблюдали за колебаниями содержания кислорода и углекислого газа, происходящими по мере того, как эти газы поглощаются и выделяются водорослями, насекомыми, рыбами и другими водоплавающими организмами, пока они занимаются своими жизненными делами: фотосинтезом, ростом, перевариванием, разложением.
«Вдох и выдох всех организмов, живущих в реке, - это своего рода пульсация потока», - сказал Бернхардт. «Это фундаментальная мера энергии, поступающей в систему и выходящей из нее».
Традиционно такие исследования основывались на измерениях небольшого количества потоков, сделанных в течение нескольких часов или дней - по сути, на снимке. Сложность в том, что неравномерность и волнение являются нормой для ручьев, сказал бывший постдоктор Герцога Фил Савой.
Речной поток может меняться день ото дня и даже каждую минуту в зависимости от сезона и шторма. Организмы, живущие в реке, должны бороться с потоками, которые варьируются от потока до ручейка.
"В любой день вы можете спуститься к местному ручью, и он может быть пересохшим или может выйти из берегов", - сказал Савой.
Теперь, благодаря современной сенсорной технологии, ученые могут автоматически отслеживать показатели жизнедеятельности 24 часа в сутки, семь дней в неделю, в течение недель и месяцев. Данные загружаются на общедоступный веб-портал, где каждый может просмотреть или загрузить их.
«Это все равно, что один раз измерить пульс в кабинете врача, а не носить Fitbit», - сказал Бернхардт.
В статье, опубликованной 14 февраля в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, Бернхардт, Савой и его коллеги из девяти других учреждений проанализировали данные как минимум за год по 222 рекам в Соединенных Штатах: Пустыни Аризоны, мчащиеся через тропические леса Пуэрто-Рико, блуждающие по сельскохозяйственным угодьям Среднего Запада.
Датчики регистрировали растворенный кислород, углекислый газ, свет и другие данные каждые пять минут днем и ночью, во время смены сезонов, наводнений и засух. Есть надежда, что непрерывное отслеживание приблизит их к пониманию «пульса» ручьев и того, как их способность поддерживать жизнь может измениться в связи с освоением земель и изменением климата..
Бернхардт присоединилась к остальной части своей лаборатории выше по течению, где они собирали подёнок и других насекомых. Там она вытащила пригоршню опавших листьев и камень, покрытый зелено-коричневой слизью, называемой перифитоном - смесью водорослей и микробов, которая цепляется за камни и ветки в русле реки.
«Это основа пищевой сети», - сказал Бернхардт. «Многие жуки зарабатывают этим на жизнь».
Перифитон улавливает энергию солнца и использует ее для роста. Насекомые, улитки и мидии питаются водорослями перифитона, а рыбы охотятся и поедают насекомых.
Авторы исследования сообщают, что то, что произойдет с жизнью в ручье, скорее всего, будет зависеть от того, как деятельность человека изменяет количество солнечного света, попадающего в воду, и стабильность течения, сообщают авторы исследования.
В заливе Нью-Хоуп лиственные платаны, буки и эвкалипты большую часть года затеняют берега, образуя навес, который ограничивает попадание света на более узкие участки ручья.
Вызванные изменением климата сдвиги в количестве осадков - сильные засухи или внезапные наводнения - могут высушить или уничтожить водоросли и другие организмы, составляющие основу пищевой сети, сказал Бернхардт.
В этот день пестрая солнцем вода, журчащая по скалам и перекатам, создавала безмятежную картину. «Но три недели назад он был в ярости», - сказал Бернхарт.