Картирование глобального распределения фитопланктона
Исследователи из ETH впервые составили карту распределения фитопланктона в мировом океане и изучили факторы окружающей среды, объясняющие это распределение. Они пришли к выводу, что разнообразие планктона лишь частично соответствует предыдущим теориям биоразнообразия для морей между экватором и полюсами.
Разнообразие видов фитопланктона в мировом океане чрезвычайно велико — от 10 000 до 20 000 различных видов. Эти организмы являются ключевым элементом океанических экосистем и жизни на планете, производя больше кислорода, чем все тропические леса мира вместе взятые. Они также служат фундаментальной основой морской пищевой цепи.
Однако до сих пор о географическом и сезонном разнообразии фитопланктона было известно очень мало. Хотя многие виды идентифицированы, вопрос о том, когда и где они встречаются, оставался в значительной степени неисследованным, что представляет собой серьёзный пробел в знаниях.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, команда из ETH Zurich и Швейцарского федерального института исследований леса, снега и ландшафта WSL смоделировала пространственное и временное распределение более 530 различных видов фитопланктона. В основе их карт распределения лежат около 700 000 проб воды из океанов по всему миру.
Биоразнообразие в тропических морях
Исследование показывает, что тропические воды обладают наибольшим разнообразием видов в течение всего года. Особенно высоко биоразнообразие фитопланктона в морях Индонезийско-Австралийского архипелага, в некоторых частях Индийского океана и в экваториальной части Тихого океана.
В субтропиках биоразнообразие резко снижается за пределами 30 градусов северной и южной широты, достигая самых низких значений около 55 градусов широты. Затем к полюсам разнообразие снова немного возрастает.
«Мы были удивлены, обнаружив, что на ежемесячной основе полярные моря демонстрируют большее разнообразие, чем средние широты», — говорит ведущий автор исследования Дамиано Ригетти.
Это примечательно, поскольку глобальное распределение видов и разнообразие обычно тесно связаны с температурными трендами. Согласно метаболической теории, более высокие температуры ускоряют метаболизм, мутации генетического материала и видообразование, что объясняет, почему в тропиках больше видов.
Неожиданно низкое биоразнообразие в средних широтах
Исследование показывает, что фитопланктон не всегда ведёт себя в соответствии с этой теорией. «Очевидно, что на разнообразие планктона влияют факторы, отличные от температуры», — отмечает Ригетти.
Двумя такими факторами могут быть сильные течения и турбулентность, преобладающие в средних широтах, но менее выраженные в полярных или тропических морях. «Сезонные колебания и океаническая турбулентность в этих широтах могут подавлять развитие биоразнообразия, даже несмотря на то, что температуры здесь выше, чем в полярных океанах», — поясняет эколог.
Учёные также обнаружили, что разнообразие фитопланктона в средних широтах, в отличие от тропиков, сильно меняется от сезона к сезону. Хотя общее количество видов постоянно, видовой состав меняется в течение года: «В отличие от тропических морей, разнообразие здесь динамично на протяжении всего года».
Методология: пробы с судоходных маршрутов
Ригетти и его коллеги разработали компьютерную модель для картирования распределения разнообразия фитопланктона. Они загрузили в неё данные наблюдений и использовали для прогнозирования местоположения каждого вида с временным разрешением в один месяц.
Данные наблюдений поступили из проб воды, собранных как во время исследовательских рейсов, так и на обычных судоходных маршрутах. Специалисты изучали пробы под микроскопом для определения видов. Со временем эти исследования накопили огромное количество данных по нескольким тысячам различных видов, которые были собраны в базу данных для анализа.
Важно отметить, что отбор проб был неравномерным по океанам, и для многих регионов не охватывал все сезоны (например, Северная Атлантика изучена хорошо, а для большей части других океанов данных мало). Исследователи ETH скорректировали это искажение в своих моделях.
Их работа значима в нескольких отношениях. Это не только первые карты распределения фитопланктона, но и модели, которые можно использовать для прогнозирования того, как разнообразие фитопланктона может измениться в условиях потепления.
«Более тёплые воды в результате изменения климата могут изменить распределение фитопланктона. Это, в свою очередь, может серьёзно повлиять на всю морскую пищевую цепь», — заключает Ригетти.