Как волны тепла влияют на арктический фитопланктон
Фитопланктон, основа морской пищевой сети в Арктике, реагирует на волны тепла иначе, чем на постоянно повышенные температуры. Это показали первые целенаправленные эксперименты на эту тему, недавно проведённые на станции AWIPEV Института Альфреда Вегенера. Поведение фитопланктона в первую очередь зависит от фаз охлаждения после или между волнами тепла, как демонстрирует исследование, опубликованное в журнале Science Advances.
Волны тепла, которые мы всё чаще наблюдаем по всему миру в последние годы, становятся более распространёнными и в Арктике. Во время волны тепла нагреваются не только воздух, но и океан — температура существенно превышает сезонное среднее значение как минимум пять дней подряд. Однако как эти краткосрочные температурные колебания влияют на полярные организмы, в значительной степени неясно.
Чтобы изучить этот аспект, команда под руководством доктора Клары Вольф (Университеты Гамбурга и Констанца) и доктора Бьёрна Роста из Института Альфреда Вегенера, Центра полярных и морских исследований имени Гельмгольца (AWI), экспериментально исследовала, как одноклеточные водоросли, фитопланктон, реагируют на эти экстремальные события. Учитывая роль фитопланктона как основы морской пищевой сети, изменения в нём могут отразиться на всей арктической экосистеме.
В инкубационных экспериментах на станции AWIPEV на Шпицбергене исследователи позволили естественным сообществам фитопланктона из близлежащего Конгсфьорда расти в течение 20 дней в различных условиях — при нормальной и повышенной, но постоянной температуре (2°C, 6°C, 9°C).
Для сравнения, фитопланктон подвергали повторяющимся волнам тепла различной интенсивности (6°C, 9°C), каждая продолжительностью пять дней, с трёхдневной фазой охлаждения до сезонной средней температуры (2°C) между ними. В определённые промежутки времени отбирались различные типы проб для характеристики физиологических реакций и возможных сдвигов в видовом составе.
«При стабильных температурах даже экстремальное повышение на +7°C приводило к ускоренному росту и более высокой продуктивности с удивительно небольшими изменениями в составе видов даже в течение недель», — говорит Вольф об итогах экспериментов.
«Напротив, эффекты волн тепла значительно сложнее и не следуют той же схеме. Это означает, что наши знания о постоянном повышении температуры нельзя напрямую применять к этим краткосрочным тёплым фазам, которые обычно длятся всего несколько дней».
Одна из причин различия, по-видимому, в том, что на продуктивность сильно влияет не только воздействие повышенных температур, но и, в особенности, фазы охлаждения после или между волнами тепла — об этих эффектах известно очень мало.
«Мы только начинаем получать механистическое понимание того, как волны тепла могут влиять на полярные регионы», — говорит биолог AWI Рост. «Наше исследование представляет собой важный первый шаг и показывает, на какие аспекты волн тепла и связанные с фитопланктоном процессы нам нужно обратить пристальное внимание. Кроме того, наше исследование показывает, что наши знания о процессах и эффектах постоянно высоких температур нельзя просто применять один к одному».
Фактически, сценарии с колеблющимися температурами могут производить широкий спектр эффектов, поэтому прогнозировать их последствия сложнее, чем для постоянного потепления.
Соответственно, для разработки более точных прогнозов и моделей того, как первичная продукция и арктическая экосистема изменятся в ответ на изменение климата, недостаточно исследовать эффекты средних температур; необходимо уделять больше внимания эффектам температурных колебаний. В то время как стабильное потепление до определённой температуры повышает продуктивность, некоторые волны тепла могут её снижать, а другие — повышать.
Таким образом, лучшее понимание эффектов переменных температур, особенно фаз охлаждения, необходимо для улучшения прогнозов потенциальных изменений биоразнообразия. Исследования фитопланктона здесь наиболее важны, поскольку изменения в основе пищевой сети могут повлиять на все высшие трофические уровни, вплоть до рыболовства.