АЛГОЛОГИЯ ПЛАНКТОН ЕКОЛОГИЧНА ЛАБОРАТОРИЯ
Институт по океанология. П.П. Ширшов от Българската академия на науките
Ръководител на лабораторията - доктор на биологичните науки Михаил Владимирович Флинт
Основател на направлението за изследване на морския планктон в Института по океанология е член-кореспондентът на Руската академия на науките В.Г. Богоров, Лабораторията по екология на планктона е организирана от академик M.E. Виноградов през 1989 г. От 2003 г. лабораторията се ръководи от доктора по биология M.V. Кремък.
Лабораторията изследва всички най-важни компоненти на морските планктонни съобщества: фитопланктон, бактериопланктон, планктонни протозои, микро- и мезозоопланктон. Работата на лабораторията е насочена към изследване на функционалните връзки между структурата, динамиката, планктонната продукция и физико-химичните параметри на околната среда, връзката между най-важните компоненти на планктонните съобщества.
Съвременни направления на дейност:
- анализ на моделите на образуване на биологични продукти в океански и морски екосистеми;
- изследване на механизмите на естествената и антропогенна променливост на морския планктон и взаимодействието на естествените и антропогенните тенденции в пелагичните екосистеми;
- изследване на връзките между мезомащабните физични и химични процеси в океана и структурните и производствени параметри на планктонните общности;
- изследване на моделите на разпространение на планктон и образуване на биологични продукти в морски региони с висока географска ширина, изследване на структурата и продуктивността на съобществата от морски лед и близката до леда пелагична среда;
- анализ на ролята на различните компоненти на планктонните съобщества в потоците на органична материя;
- изследване на механизмите на влияние на чужди видове-нашественици върху структурата и продуктивността на планктонните съобщества;
- проучванемеханизми на образуване на анормални, вредни и токсични цъфтежи на планктонни водорасли и протозои и техните последствия за морските екосистеми.
Лабораторията извършва изследвания в южните и северните морета на България (Черно, Каспийско, Бяло, Баренцово, Карско, Чукотско, Берингово), Бофортово море, Средиземно и Аралско море, Централния арктически басейн и Южния океан.
Работите от последните години разкриха механизмите на формиране на високо биологично производство в зоните на различни видове хидрофизични фронтове и показаха значението на фронталните зони като ключови области за храненето на организми от по-високи трофични нива на морските екосистеми. Бяха описани механизмите на взаимодействие на физически и биологични процеси, свързани с континенталния склон на океана, които определят високото местно производство, напречния наклонен транспорт и биологичните граници между пелагичните екосистеми на шелфа и дълбокото море.
Интегрираният подход към изучаването на морските екосистеми, практикуван в лабораторията, позволи да се разкрият механизмите на образуване на аномални "цъфтежи" на планктонни водорасли, включително вредни видове, в различни райони на океана и да се определи ролята на променливостта на физичните и химичните фактори на околната среда и климатичните процеси в тези явления. Получени са оценки за въздействието на аномалните "цъфтежи" върху структурата и продуктивността на планктонните общности и потока на материята в морските екосистеми. Тези материали осигуряват основа за прогнозиране на появата на "цъфтежи" и техните последствия за морските екосистеми.
Лабораторията има широки международни връзки и участва в редица международни биоокеаноложки проекти за изследване на екосистемите на вътрешните морета и откритите райони на Световния океан, работни групи по различни проблеми на морската биология.Резултатите от проведените в лабораторията изследвания са публикувани във водещи национални и международни научни издания.
Най-важните резултати от Лабораторията
В резултат на биологични изследвания на пелагичните съобщества на Карско море, във връзка с абиотичните фактори на околната среда, бяха получени оценки на състава и количественото разпределение на фито- и зоопланктона в райони на Карско море с различни хидроложки и хидрохимични режими и степента на влияние на речния отток. Изследвани са механизмите на формиране на кръстосана зоналност в разпространението на планктона, както и взаимоотношенията "среда-биота", които формират тази зоналност. За първи път е показана ролята на мощен фронтален участък, разделящ обогатената на биогени естуарна зона от пресните води на реката. Ob, при формирането на структурата и продуктивността на планктонните общности. Този фронт беше свързан с зони с високо изобилие на фитопланктон и локално висока биомаса на мезопланктон, надвишаваща фоновите стойности за шелфа със 7(!) пъти.
Въз основа на теренни материали и лабораторни опити е изследвана динамиката на масовото развитие на планктонните водорасли Phaeocystis. Theocystis образува големи слузести колонии, които се развиват в огромни количества и могат да заразят огромни райони на североизточния Атлантик и други райони на Световния океан и радикално да променят биохимичните параметри на околната среда, производствените процеси и трофичните взаимоотношения впланктонни съобщества. Получени са количествени данни за консумацията на феоцистис от зоопланктонните организми. (Научен ръководител - доктор на биологичните науки Флинт М.В., Научен ръководител - д-р Сажин А.Ф.).
Въз основа на данните от специални теренни експерименти бяха разкрити закономерностите на връзката между разпределението на масовите планктонни организми на Черно море и характера на циркулацията в района на континенталния склон. Показано е, че интензивната контурна циркулация в басейн с ясно изразено черноморско главно течение (Rim Current) и фронтална зона над континенталния склон води до силна изолация на планктонните съобщества на шелфа и в дълбокото море. Интензивното взаимодействие между шелфовите съобщества и дълбоководните съобщества, отстраняването на шелфовите организми извън шелфовата зона е типично за периоди на отслабване на Римовото течение и образуването на развита вихрова мезомащабна циркулация, която разрушава хидрофизичните граници между шелфа и дълбокия басейн. (Ръководител на работата - доктор на биологичните науки М.В. Флинт; изпълнители - Е.Г. Арашкевич, А.Г. Тимонин).
За първи път е показано, че в източната част на Арктика в района на континенталния склон, изобилието и биомасата на фитопланктона през по-голямата част от вегетационния период достига максималните стойности за региона. С най-голямо богатство се характеризират районите на склоновите каньони, където интензивните възходящи движения на водата осигуряват постоянно благоприятен биогенен режим. В района на Арктическия басейн от Баренцово море до Чукотско море над континенталния склон се образува увеличена биомаса от масови тревопасни форми на мезопланктон, която е 4-7 пъти по-висока от фоновите стойности за шелфа и дълбоководните дълбини. Доказана е фундаменталната роля на процесите на континенталния склон във формирането на структурата и биологичното производство на пелагичните екосистеми в Арктическия басейн. (Ръководител - д-р М.В. Флинт;изпълнители - К. Н. Кособокова, И. Н. Суханова).
Описани са два нови типа арктически сезонни ледени общности и са описани особеностите на разпределението на фито и зоопланктона в ледената колона. Показано е, че биомасата на автотрофните водорасли в долната част на ледената покривка може да достигне огромни стойности - 36(!) g C/m3. Ролята на хетеротрофните организми в биомасата на ледената общност не надвишава 10%, а ролята им във функционирането на ледената екосистема е малка. Ледените водорасли, които влизат във водата от леда преди началото на пролетния "цъфтеж", служат като основа на пелагичната хранителна верига в началото на пролетта. (Ръководител - доктор на биологичните науки М. В. Флинт; изпълнители - Т. Н. Раткова, А. Ф. Сажин, А. Ф. Пастернак).
За първи път е анализирана ролята на динамиката на популациите на коколитофоридите във фитоцена на източния шелф на Берингово море в периода преди аномалния цъфтеж на тези водорасли през 1997-98 г., по време и след цъфтежа. През периода на бурен цъфтеж, от лятото до късната есен, коколитофоридите изместват всички останали групи и формират 97-99% от изобилието и биомасата на фитопланктона. Само две години след аномалните събития, свързани с цъфтежа на коколитофорите, високопродуктивната шелфова екосистема успя да се върне в състояние, близко до това, наблюдавано през първата половина на 90-те години. Получени са резултати за променливостта на планктонните съобщества на шелфа, които показват времева и пространствена неравномерност във функционирането на пелагичната екосистема и, следователно, хранителните условия за организми от по-високи трофични нива. Това е от прогностично значение за условията за размножаване на планктофаги, включително търговски видове риби. (Ръководител на работата - д-р Флинт М.В.).
Анализът на дългосрочните промени в ролята на коколитофоридите във фитопланктонната общност на Берингово море е завършен.Показано е, че след аномалния цъфтеж през 1997 г., свързан с резки климатични промени, масовото развитие на коколитофоридите става характерна черта на сезонната сукцесия на фитоцените във важната риболовна зона на източния шелф, дори в години с дългосрочни средни климатични условия. Установено е, че в години с условия, близки до средните дългосрочни, биомасата на зоопланктона на средния шелф на източната част на Берингово море е абсолютно доминирана от копепод Calanus marshalle, което показва благоприятни условия за угояване на млади минтаи и други видове планктоноядни риби. Получените резултати позволяват да се оцени естеството и продължителността на последиците от въздействието на резките климатични колебания върху основните междинни трофични нива на екосистемите на субарктическия шелф и могат да послужат за прогнозиране на регионалните условия за формиране на вторична продукция и възпроизводство на зоопланктофаги, включително търговски видове от ихтиофауната.
Завършено е мащабно изследване на ролята на офшорните хидрофизични фронтове с различен генезис във формирането на биологичната продуктивност на морските екосистеми. Разкриват се биологични явления, свързани с четири вида фронтове: крайбрежен приливен фронт, челен участък на шелфа, фронтове на склона и средния шелф и най-важните връзки между биологичните и физическите процеси във фронталните зони. Резултатите позволяват нова оценка на механизмите на образуване на биологични продукти в шелфовите екосистеми, за първи път да се покаже ключовата роля на мезомащабните процеси в тези механизми, както и да се предскаже локализацията на хранителните зони за търговски и защитени видове. (Ръководител на работата - д-р Флинт М.В.).
За първи път е описано явлението летен цъфтеж на диатомеи във високи географски ширини.океански шелф. Показано е, че цъфтежите могат да се образуват на фона на твърда вертикална стратификация, изобилието и биомасата на планктонните водорасли в цъфтежите достигат нивото, характерно за пролетните огнища на фитопланктон. Получени са оценки на видовия състав и специфичните пространствени и времеви мащаби на летния цъфтеж. Показана е ролята на летния цъфтеж на фитопланктона в сезонния въглероден цикъл в шелфовите екосистеми. (Ръководител на работата - д-р Флинт М.В.).
Въз основа на принципно нови данни за състава, разпространението и ролята на ледените водорасли във функционирането на съобществата на високи географски ширини, за първи път е показано, че множество малки камшикови водорасли обитават леда на Бяло море през зимата заедно с диатомеите. Тънкият леко солен лед на Бяло море непрекъснато получава приток на биогенни елементи от приливни течения и от наводнения под тежестта на снега. Водораслите, топящи се от леда, бързо се консумират от подледния зоопланктон, така че пролетното развитие на зоопланктона започва много по-рано, отколкото се смяташе досега. (Ръководител на работата - д-р Флинт М.В.).
Анализирахме нашите собствени и всички налични литературни данни за планктонните общности на Карско море. Показано е, че съобществата в южната част на морето се формират под влияние на сладководен отток, в западната част - под влияние на притока на изчерпани води на Баренцово море, в централната част и на север - под влияние на арктически и атлантически води. Извършен е анализ на трофичната структура на съобществата в различни райони на морето, оценена е степента на запасеност с храна и приносът към вертикалните потоци на материята. Сравнителният анализ на обширен материал от труднодостъпни райони на Българската Арктика определя практическата значимост на работата.
Използване на корабни изследвания исателитна информация установява връзка между динамиката на водата, водообменните процеси и разпределението на планктона в Черно море. Показано е, че силата на струята на Главното черноморско течение определя параметрите на количественото разпределение на планктона в системата шелф-дълбокоморие. Тези нови резултати са от фундаментално и практическо значение за разбирането на функционирането на пелагичните общности и влиянието на континенталния склон върху физическите и биологичните компоненти на черноморската екосистема. (Ръководител на работата - д-р Флинт М.В.).
В Черно море са проведени експедиционни изследвания на връзката между количественото разпределение на планктона в зоната на континенталния склон и динамичните и пространствени характеристики на склоновото течение. Показано е, че при тясно и бързо течение планктонната биомаса е максимална над склона и намалява както към центъра на морето, така и към шелфа. При ниска скорост на течението и активиране на водообмена между шелфа и дълбокия басейн, градиентите в разпределението на планктонната биомаса в системата шелф-склон-дълбоко море се изравняват. Идентифицирани са планктонни организми-следители на интензивността и посоката на водния обмен в тази система. (Ръководител на работата - д-р Флинт М.В.).