Сдвиг в основе антарктической пищевой сети может повлиять на всю экосистему
Международная группа исследователей из Дании, Новой Зеландии, Австралии, Испании и США реконструировала состав сообществ фитопланктона вокруг Антарктиды за почти три десятилетия. Это самое масштабное исследование такого рода на сегодняшний день.
Исследование под руководством Датского метеорологического института (DMI) показывает, что богатые энергией диатомовые водоросли, предпочитаемые крилем, сокращаются на обширных территориях Антарктиды, вытесняясь более мелкими и менее питательными видами фитопланктона.
Исследование, опубликованное в Nature Climate Change, документирует значительный сдвиг в видах морского фитопланктона, который является первым звеном в океанической пищевой цепи.
«Мы, возможно, являемся свидетелями фундаментальной реорганизации жизни вокруг Антарктиды», — заявил ведущий автор доктор Александр Хейуорд, климатолог Национального центра климатических исследований DMI.
Последствия сдвига от диатомовых водорослей к гаптофитам и криптофитам означают меньше пищи для криля, что затронет пингвинов, тюленей и усатых китов, зависящих от криля.
Растительный фитопланктон поглощает углекислый газ посредством фотосинтеза. Диатомовые водоросли — с плотными кремниевыми скелетами — быстро опускаются и увлекают углерод в глубины океана. Гаптофиты и криптофиты не секвестрируют углерод в той же степени.
Спутниковые снимки, машинное обучение и модели NASA
Исследование основано на наборе данных из 14 824 полевых образцов пигментов фитопланктона (хлорофиллов и каротиноидов, обеспечивающих фотосинтез), собранных в основном в летние месяцы в Южном океане вокруг Антарктиды в период с 1997 по 2023 год.
С помощью передового машинного обучения эта база данных была проанализирована для расчета пропорций основных групп водорослей на основе их известных маркерных пигментов.
Эти результаты были объединены со спутниковыми данными (такими как цвет океана во время цветения водорослей, концентрация морского льда и температура поверхности моря), данными об окружающей среде (с использованием биохимической модели NASA ECCO-Darwin, включающей циклы углерода, питательных веществ, кислорода и щелочности) и полевыми измерениями для моделирования групп фитопланктона в Южном океане за 26-летний период.
Антарктическая пищевая цепь меняется
«Наш анализ показал, что с 1997 по 2016 год наблюдалось значительное сокращение популяций диатомовых водорослей по мере увеличения площади морского льда», — сообщил соавтор доктор Пэт Вонгпан, специалист по морскому льду из Австралийской антарктической программы партнерства в Университете Тасмании.
«Диатомовые водоросли были заменены гаптофитами и криптофитами, которые более эффективно поедаются желеобразными сальпами — плохой пищей для фауны и менее эффективными в транспортировке углерода».
За период исследования содержание железа (важного для фитопланктона микроэлемента) в поверхностных водах уменьшилось, а температура повысилась — это сочетание особенно сильно ударило по требовательным к железу диатомовым водорослям. Криптофиты и гаптофиты менее зависимы от железа и поэтому лучше справляются с изменившейся средой.
Изменения в сообществах планктона стали более выраженными после 2016 года, когда в Антарктиде произошло резкое сокращение площади морского льда. Тренды изменились на противоположные: наблюдалось восстановление диатомовых водорослей и резкий рост криптофитов, что указывает на смену режима, связанную с морским льдом, поступлением железа и потеплением.
«Наше исследование документирует изменение экологической системы в южном полярном океане, вызванное изменением климата, которое само может влиять на климат через механизм обратной связи», — отметил доктор Хейуорд.
«Углекислый газ, который в противном случае хранился бы в глубинах океана, теперь может возвращаться в атмосферу».
В статье сделан вывод: «Наблюдаемая корреляция между изменениями в сообществах фитопланктона и сменой режима, связанной с тенденциями в покрытии морским льдом, подчеркивает чувствительность антарктической морской экосистемы к изменению климата».