Арктические животные зависят от водорослей морского льда, которым угрожает изменение климата
Водоросли морского льда — важнейший ресурс для выживания многих видов в Арктике.
Следы ледовых водорослей обнаружены у многих групп животных — от мелких фильтрующих креветок до крупных хищников, таких как киты. Это показывает критическую важность водорослей и морского льда, на котором они растут, для хрупкой арктической экосистемы.
В условиях полярной ночи, длящейся несколько месяцев в году, Арктика — суровая среда, где выживают лишь адаптированные к экстремальным условиям организмы.
Когда солнечный свет возвращается в регион на несколько месяцев ранней весной, на нижней поверхности морского льда на обширных территориях происходит цветение водорослей.
Арктические водоросли морского льда — одни из лучших на планете организмов, адаптированных к фотосинтезу при низком уровне освещённости, что позволяет им выживать там, где почти ничто другое не может расти.
Новое исследование, опубликованное в Nature Communications, изучило, в какой степени животные Арктики полагаются на эти водоросли как на источник пищи, поскольку их сокращение может иметь каскадные эффекты по всей пищевой сети.
Исследование и результаты
Для этого исследователи взяли пробы 2300 животных 155 видов, включая беспозвоночных, рыб, морских птиц и млекопитающих, собранных по всему арктическому шельфу. Они протестировали образцы на наличие уникальной молекулы, производимой водорослями, чтобы проследить её присутствие по всей пищевой цепи.
Следы водорослей были обнаружены у 96% изученных организмов. Несмотря на то, что цветение водорослей происходит только весной, их следы были найдены у видов, собранных круглый год — с января по декабрь.
«Несмотря на то, что цветение водорослей морского льда происходит лишь в это ограниченное окно ранней весной, его воздействие довольно далеко идущее», — говорит доктор Челси Кох, ведущий автор исследования.
Значительная часть водорослей запасается на морском дне, потому что, когда лёд начинает таять и разрушаться каждый год, водоросли высвобождаются в толщу воды и быстро опускаются, почти не разлагаясь.
Разнообразные сообщества животных, такие как губки, крабы и черви, живущие на морском дне, могут питаться этим ресурсом круглый год. Другие животные, например, ныряющие морские птицы, моржи и тюлени, поедают этих животных, обеспечивая круглогодичный перенос углерода из морского льда в пищевую сеть для поддержания экосистемы.
«Мы думаем, это может быть одним из способов, благодаря которому арктические экосистемы могут процветать, несмотря на несколько месяцев почти полного отсутствия солнечного света и продуктивности. Эти запасы ледовых водорослей доступны, чтобы поддерживать жизнь», — объясняет Челси.
Как обнаруживали следы водорослей?
Арктические водоросли морского льда в основном состоят из диатомей — фотосинтезирующих водорослей, встречающихся почти в любой водной среде. Некоторые виды диатомей производят тип липидов, называемых высокоразветвлёнными изопреноидами (HBI).
Исследователи обнаружили, что HBI присутствуют не только в тканях животных, которые съели водоросли, но и у животных, которые съели этих животных. Таким образом, эти липиды можно использовать как биомаркер для отслеживания их присутствия у видов по всей пищевой сети.
Животных, собранных в период с 1982 по 2019 год, тестировали на наличие HBI. Более старые образцы были получены из замороженных экземпляров в музейных коллекциях или других организациях, где биомаркер всё ещё можно было извлечь из тканей.
Исследовательская группа пришла к выводу, что водоросли необходимы для большинства видов по всей арктической пищевой сети в течение всего года.
«Было удивительно увидеть их столь широкое распространение и масштаб, представленный таким образом», — говорит Челси. «Другие методы изучения водорослей морского льда в основном согласуются с нашими выводами. Так что это добавляет ещё одно доказательство их важности для морских пищевых сетей Арктики».
Что будет с водорослями морского льда в будущем?
Климатический кризис вызывает быстрые изменения в Арктике. Текущие прогнозы показывают, что морской лёд значительно сократится, а сезонные периоды, когда Северный Ледовитый океан будет свободен ото льда, вероятны уже в этом столетии.
Наблюдения за последние десятилетия показывают, что морской лёд уже становится тоньше. Хотя изначально это может усилить потенциал среды обитания для роста водорослей в краткосрочной перспективе (так как больше света может проникать сквозь лёд), изменения в распределении льда могут вызвать проблемы. Многие организмы на морском дне, которые питаются опускающимися водорослями, относительно малоподвижны и, вероятно, не смогут достаточно быстро переместиться в новые районы, покрытые льдом.
В долгосрочной перспективе, по мере быстрого таяния морского льда, мы можем увидеть меньше цветений водорослей на мелководных шельфовых системах Арктики. Следовательно, потеря морского льда, вероятно, будет иметь каскадные эффекты в пищевой сети и повлияет на ресурсы прибрежных экосистем, от которых зависят коренные народы.
Нюансы на уровне популяций
Исследователи также отметили, как разные популяции видов могут по-разному подвергаться воздействию.
«В этом исследовании несколько учёных предоставили наборы данных, и мы смотрели на всё в целом. Однако в рамках определённых видов проявилось много интересных нюансов», — объясняет Челси.
Например, была обнаружена популяция белух с более высоким содержанием углерода из морского льда и популяция с более низким. Оказалось, что первая популяция обычно держится в ледовых водах, а вторая мигрирует дальше на юг для кормёжки.
Аналогичные закономерности наблюдались при сравнении подвидов тихоокеанского и атлантического моржа. Эти популяции имеют разное миграционное поведение и близость ко льду в течение года, поэтому значения содержания углерода из морского льда у них различались.
Это поднимает новые вопросы для изучения в данных: что может происходить на уровне вида или популяции и как их жизненные циклы могут зависеть от морского льда в одном месте, но не так сильно в другом.