Проект: Исследование закономерностей функционирования трофических цепей в меромиктических озерах Исполнитель: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет» Руководитель проекта: к.б.н., доцент Задереев Егор Сергеевич Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на гг., в рамках реализации мероприятия Проведение научных исследований научными группами под руководством кандидатов наук

Цель проекта: Получение новых знаний о функционировании трофических цепей стратифицированных меромиктических озер и последующее использование полученных закономерностей и разработанных математических моделей для анализа динамики водных экосистем, оценки последствий антропогенных или других воздействий. Цель первого этапа выполнения НИР Обобщение и анализ данных прошлых лет, планирование и организация полевых работ, написание аналитического обзора.

Задачи первого этапа: Анализ данных прошлых лет по сезонной динамике и вертикальному распределению компонентов трофической цепи в выбранных экосистемах (меромиктические озера Шира и Шунет) и закономерностям переноса органического вещества. Анализ необходим для разработки блок схем трофических цепей, планирования дальнейших экспериментов и отборов проб. Разработка блок схем трофических цепей различной сложности для последующего моделирования. Необходимы для разработки математических моделей и планирования эксперитментов. Разработка системы подводного видеонаблюдения с лазерным детектором для автоматической регистрации частиц в размерном диапазоне 0.4 – 2 мм (зоопланктон различных размерных фракций). Система необходима для анализа вертикальных распределений зоопланктона. Кроме того, подобная система является разработкой, которая может быть запатентована и использована для широкого круга задач в мониторинге водных экосистем.

Команда проекта

Объекты исследования Меромиктические озера Шира и Шунет Меромиктические озера являются наиболее перспективными для исследования механизмов формирования вертикальных неоднородностей живого в водных экосистемах, а также функционирования трофической сети в условиях стратифицированного распределения физико- химических факторов среды. Озеро Шира Озеро Шунет

Выполнен аналитический обзор мировой литературы посвященной динамике компонентов трофических цепей в меромиктических озерах Наиболее исследованной в экосистеме меромиктических озер является экология микробных сообществ хемоклина. Данные по вертикальным распределениям фито- и зоопланктона достаточно редки. Максимум хлорофилла чаще всего, либо совпадает с пиком развития бактериальных сообществ в хемоклине, либо наблюдается в зоне пространственных неоднородностей температуры (термоклин). Во многих меромиктических озерах наблюдается схожая картина глубинного максимума биомассы зоопланктона Наиболее логичное объяснение подобного поведения связано с возможностью использования хемогетеротрофной продукции хемоклина при недостатке оксигенной продукции в водной толще, Немногочисленные исследования и прямые оценки показывают, что эффективность ассимиляции продукции микробного сообщества хемоклина зоопланктоном низка. В качестве посредника между продукцией хемоклина и высшими звеньями трофической цепи в меромиктических озерах могут выступать сообщества инфузорий и флагеллят. Вопрос о связи между хемоавтротрофной продукцией хемоклина и трофической цепью оксигенной толщи меромиктических озер остается отрытым. Мало исследованной темой остается и роль бентосных сообществ в функционировании трофических цепей меромиктическихз озер.

Выполнен анализ данных прошлых лет по сезонной динамике и вертикальному распределению компонентов трофической цепи в выбранных экосистемах (меромиктические озера Шира и Шунет) и закономерностям переноса органического вещества Изоплеты численности пурпурных серных бактерий в хемоклине оз. Шира в период 2002–2009 гг. Цифрами обозначена численность × 10 5 кл мл -1. Стрелками отмечены заглубления редокс-зоны, наблюдаемые в зимние периоды Изоплеты численностей фототрофных аноксигенных бактерий в оз. Шунет. Цифрами обозначены численности × 10 6 кл мл -1. Озеро Шира Озеро Шунет

Корреляция между глубиной термоклина (the depth of the thermocline) и средней глубиной нахождения популяции G. lacustris (the average depth) в пелагиали озер Шира и Шунет. Данные гг. Вертикальное распределение численности пурпурных серных бактерий (PSB), кислорода (oxygen), сероводорода (hydrogen sulphide), фитофлагеллят (cryptomonas) и инфузорий (ciliates) в термоклине озера Шунет. Данные 2005 года. Инфузории и фитофлагелляты Амфиподы Формирование вертикальных неоднородностей в распределении фитопланктона в озера Шира с развитием летней температурной стратификации. Фитопланктон

Типичная картина летней стратификации водной толщи в озерах Шира и Шунет. Физико-химические параметры (температура (t), соленость (Sal), концентрация кислорода (DO), редокс потенциал(Eh)). Биологические параметры (пурпурные серные бактерии (PSB), сине- зеленые (Lyngbia) и зеленые (Dictyosphaerium spp.) водоросли, амфиподы Gammarus lacustris (Gammarus), фитофлагелляты (Cryptomonas spp.) и инфузории (ciliates).

Физико-химическая стратификация двух исследуемых озер различается в первую очередь из-за разницы в средней и максимальных глубинах, а также различной солености. Озеро Шира В озере Шира, более глубоком и менее соленом водоеме, глубина хемоклина варьирует. Оксигенная толща озера в летнее время испытывает температурную стратификацию и разделена на три слоя изолированных хемоклином от монимолимниона: теплый эпилимнион, металимнион (зона, где падение температуры превышает 1oC на метр), и оксигенный гиполимнион. Хемоклин озера, как и многих меромиктических озер, населен бактериальным сообществом, состоящим из пурпурных серных бактерий и гетеротрофных бактерий. Распределение фитопланктона неравномерно, с пиком биомассы в металимнионе. Распределение зоопланктона также неравномерно, с пиком биомассы коловраток и молодых копепод в теплом эпилимнионе и взрослых копепод в холодном оксигеном гиполимнионе. Амфиподы, которых можно отнести к высшему трофическому звену в экосистеме озера, также распределены неравномерно с максимумом численности в термоклине. Мы полагаем, что в озере Шира бактериальное сообщество хемоклина не является существенной частью трофической цепи.

Физико-химическая стратификация двух исследуемых озер различается в первую очередь из-за разницы в средней и максимальных глубинах, а также различной солености. Озеро Шунет В озере Шунет хемоклин находится на глубине 5 метров и в отличие от озера Шира его позиция постоянна. Хемоклин населен сверх плотным бактериальным сообществом, популяцией фитофлагеллят и сообществом инфузорий. Вертикальное распределение фито- и зоопланктона однородно. Амфиподы имеют тенденцию концентрироваться в узком слое шириной 1-2 метра над хемоклином. Трофические взаимоотношения в озере Шунет частично отличаются от таковых в озере Шира. Мы предполагаем, что важную роль в трофической цепи имеют бактериальное сообщество, фитофлагелляты и сообщество инфузорий населяющие хемоклин. В целом, несмотря на ряд исследований отдельных биологических звеньев в этих озерах наши знания о трофических взаимоотношениях, их интенсивности и потоках вещества и энергии крайне фрагментарны. Характер взаимоотношений между различными звеньями трофической цепи в двух озерах, их интенсивность и обоснованность высказанных выше гипотез и предполагается оценить в рамках реализуемого проекта.

Разработана блок схема трофических цепей в экосистемах озер Шира и Шунет для последующего моделирования. Обобщенная блок-схема трофических цепей меромиктических о. Шира и Шунет. Прямоугольники – динамические переменные блок-схемы. Черные стрелки – рассматриваемые экосистемные процессы и явления. Белые стрелки - взаимодействия между компонентами трофической цепи.

Разработана принципиальная схема и экспериментальный прототип системы подводного видеонаблюдения с лазерным детектором. Система подводного видеомониторинга с лазерной детекцией частиц (а). 1 – цветная видеокамера высокого разрешения в водонепроницаемом боксе; 2 – лазерные плоскости; 3 – детектируемые частицы; 4 – поле видимости видеокамеры; 5 – линейные лазерные модули. б) прохождение частицы через лазерные плоскости во время сканирования. в) изменение яркости и цветности во время трейсирования исследуемых частиц на экране монитора. Общий вид разработанной системы подводного видеомониторинга с лазерной детекцией частиц.

Выполнение целевых индикаторов и показателей Программы Количество публикации авторов- членов научного коллектива Публикации в высокорейтинговых российских и зарубежных журналах – 1 Шатилина Ж.М., Губанов М.В., Задереев Е.С., Павличенко В.В., Аксёнов-Грибанов Д.В., Сапожникова Е.А., Протопопова М.В., Бедулина Д.С., Тимофеев М.А. Сравнительное исследование клеточных механизмов термоустойчивости у представителей популяций Gammarus lacustris Sars, населяющих солёное озеро Шира (республика Хакасия) и пресный водоем Прибайкалья // Доклады академии наук, 2010, том 434, 6, с. 846–849 Тезисы – 4 Полученные за отчетный период главные результаты: в виде объектов учета единого реестра результатов научно-технической деятельности (РНТД) Анализ (обобщение, сбор данных) - соответствует мировому уровню Оборудование (оснастка, приспособление) - результат превосходит мировой уровень Участие в работе конференций Международная конференция «Проблемы экологии». Чтения памяти профессора Михаила Михайловича Кожова (Иркутск, Россия) 16-ый международный симпозиум по амфиподам (Севилья, Испания) 4-ая международная научная конференция, посвященная памяти профессора Г.Г. Винберга "СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ГИДРОЭКОЛОГИИ" (Санкт-Петербург, Россия) 31-й Конгресс Международного Лимнологического Общества (SIL) (Кейптаун, ЮАР)

Страница проекта на сайте Сибирского федерального университета Адрес страницы: Создана страница проекта включающая: Основную информацию о проекте Список исполнителей проекта и их резюме Видеоматериалы, иллюстрирующие работу по проекту