Институт океанологии им. п. п. ширшова кособокова ксения николаевна зоопланктон арктического бассейна: структура сообществ и региональные особенности количественного распределения
СТРУКТУРА СООБЩЕСТВ И РЕГИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КОЛИЧЕСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ Специальность 03.02.10 – Гидробиология Д 002.239.01 Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук Москва 2010 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте океанологии им. П.П. Ширшова РАН Официальные оппоненты:
доктор биологических наук, Алексеев Виктор Ростиславович, Учреждение Российской академии наук Зоологический Институт РАН, г. Санкт Петербург доктор биологических наук, профессор Гиляров Алексей Меркуриевич, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Биологический факультет, г. Москва доктор биологических наук, профессор Кляшторин Леонид Борисович, Федеральное государственное унитарное предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии, г. Москва.
Ведущая организация:
Учреждение Российской академии наук Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н.Северцова РАН, г. Москва Защита состоится «28» октября 2010 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 002.239.01 при Учреждении Российской академии наук Институте океанологии им. П.П. Ширшова РАН по адресу: Москва, 117997, Нахимовский проспект, 36.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института океанологии им. П.П.
Ширшова РАН.
Автореферат разослан « » сентября 2010 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Д 002.239. кандидат биологических наук Г.Г. Николаева ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Центральный Арктический бассейн является уникальным природным регионом со своеобразными физико-географическими и климатическими условиями. Ледовый покров и долгая полярная ночь существенно ограничивает в нем период, благоприятный для создания биологической продукции, в результате чего морские экосистемы обеднены качественно и количественно, а, значит, чувствительны и уязвимы к любому внешнему воздействию. Существует опасение, что наблюдаемые в последние годы изменения интенсивности притока в Арктику атлантических и тихоокеанских вод и повышение их температуры, а также колебания площади и толщины многолетнего ледового покрова уже в ближайшее время могут привести к серьезным изменениям в морских экосистемах Арктического бассейна и привести к их необратимым перестройкам. В частности, изменения могут затронуть один из важнейших компонентов пелагических экосистем - зоопланктон, продукционные циклы которого определяются процессами таяния льда и началом цветения фитопланктона, что в свою очередь может повлечь за собой изменение объема ресурсов, доступных животным более высоких трофических уровней. Именно поэтому в современных условиях вопросы организации структуры зоопланктонных сообществ Арктического бассейна, механизмов поддержания разнообразия зоопланктона, факторов и процессов, регулирующих его продукционные характеристики и количественное распределение, представляются исключительно актуальными и требующими глубокого и безотлагательного изучения.
Выбор объекта и предмета исследования. В качестве объекта исследования в работе рассматриваются зоопланктонные сообщества центральной глубоководной части Северного Ледовитого Океана - Арктического бассейна. Предметом изучения являются фаунистический состав зоопланктона и закономерности его количественного распределения, соотношение таксономических групп в сообществах, вертикальная структура сообществ, экология и закономерности воспроизводства планктонных популяций.
Цель исследования – формирование современных представлений о структуре зоопланктонных сообществ Арктического бассейна и закономерностях количественного распределения зоопланктона для оценки продуктивности пелагических экосистем арктического региона и возможных изменений в этих экосистемах в будущем.
Постановка конкретных задач.
Цель работы определяет постановку следующих задач:
1. Изучение, инвентаризация и сравнительный анализ видового состава планктонной фауны Арктического бассейна в связи с особенностями топографии дна и циркуляции вод. Сравнение фауны Евразийского и Канадского бассейнов. Выявление связи их фауны с современной фауной Атлантического и Тихоокеанского регионов.
2. Оценка роли отдельных видов и таксономических групп в структуре сообществ.
Выявление ключевых компонентов зоопланктонных сообществ и сравнение их роли в Евразийском и Канадском бассейнах.
3. Выявление автохтонных и аллохтонных компонентов сообществ на основании изучения состава популяций и особенностей экологии массовых видов. Оценка их роли в формировании биомассы зоопланктона в разных регионах Арктического бассейна.
4. Оценка общей биомассы зоопланктона и создание карты ее распределения для Арктического бассейна. Анализ закономерностей горизонтального распределения биомассы и связи количественного распределения зоопланктона с циркуляцией атлантических и тихоокеанских вод.
5. Сравнительное изучение вертикального распределения зоопланктона в Евразийском и Канадском бассейнах. Характеристика вертикальной структуры сообществ, вертикального распределения численности и биомассы и анализ их сезонных изменений.
Методологические основы исследования. Основным подходом при проведении исследований было сравнительное изучение качественных и количественных характеристик зоопланктонных сообществ в разных районах Арктического бассейна на основании материалов, полученных едиными методами. Необходимые материалы были собраны в 7 экспедициях научно-исследовательских ледоколов в Арктический бассейн при непосредственном участии автора. Во всех экспедициях сбор материала осуществлялся однотипными орудиями лова. Таксономическая и количественная обработка материала полностью осуществлена автором по единым методикам. Для характеристики фауны детальной таксономической обработке подвергнуты не только хорошо изученные, но и редкие группы планктонных животных. Расчеты биомассы проведены с использованием единых стандартизированных весов всех животных, что позволило провести надежные межрегиональные сравнения. Экспериментальные наблюдения за экологией массовых планктонных животных и оценка их плодовитости проводились в условиях, максимально приближенных к естественным.
Основные результаты работы, выносимые на защиту:
1. Зоопланктонные сообщества Арктического бассейна формируются за счет двух основных компонентов. Это автохтонная фауна, способная поддерживать независимые популяции в его акватории, и аллохтонная, приносная фауна, поступающая из прилежащих океанических районов – Северной Атлантики и северной части Тихого океана. Региональные особенности фаунистического состава зоопланктона определяются соотношением этих компонентов в сообществах.
2. Видовой состав автохтонной планктонной фауны Арктического бассейна сходен во всем диапазоне его глубин, несмотря на то, что его глубоководные котловины Нансена, Амундсена, Макарова и Канадская разделены подводными хребтами.
Однородность видового состава доказывает, что подводные хребты не являются барьерами для обмена планктонной фауной между его котловинами.
3. Количественное распределение зоопланктона по акватории Арктического бассейна определяется интенсивностью местной продукции и поступлением аллохтонных популяций из соседних регионов. Сообщества Евразийского бассейна обогащаются за счет зоопланктона, приносимого атлантическими водами. Обогащения Канадского бассейна за счет тихоокеанских вод не происходит, так как популяции, проникающие с ними через Берингов пролив, отмирают на мелководном Чукотском шельфе, а атлантические аллохтонные компоненты Канадского бассейна не достигают из-за особенностей циркуляции и недостаточной продолжительности своей жизни.
4. На основании оригинальных материалов создана первая в истории изучения Арктического бассейна карта распределения биомассы зоопланктона, которая дает основу для оценки возможных изменений в арктических экосистемах в будущем, связанных с изменениями уровня местной продукции и/или интенсивности притока аллохтонной фауны.
Научная новизна исследования. Впервые в истории изучения Арктического бассейна на массовом материале проведен подробный анализ видового состава всех таксономических групп зоопланктона, а также инвентаризация и сравнение планктонной фауны всех его глубоководных бассейнов. Впервые для такой обширной акватории получены оценки численности и биомассы, основанные на материале, собранном и обработанном едиными методами. Впервые выявлена неравномерность количественного распределения планктона по акватории Арктического бассейна и проанализирована его связь с особенностями циркуляции вод и особенностями экологии массовых видов. Впервые показана важнейшая роль атлантических вод в обогащении зоопланктонных сообществ Евразийского бассейна и отсутствие такого обогащения в Канадском секторе Арктики. Впервые на основании изучения состава популяций и биологии размножения массовых представителей арктического планктона доказан автохтонный характер большинства населяющих Арктический бассейн видов.
Впервые экспериментальным путем получены оценки генеративной продукции эпипелагических и глубоководных планктонных животных Арктического бассейна.
Впервые для Арктического бассейна составлена карта распределения биомассы зоопланктона, позволяющая оценить его продуктивность.
Практическая ценность и теоретическое значение. Данные о видовом составе зоопланктона и характере количественного распределения отдельных видов могут быть использованы при изучении изменений в составе зоопланктона под влиянием меняющихся условий, регистрации проникновения новых видов в Арктику и/или исчезновения обычных компонентов сообществ, а также сдвигов существующих на сегодня границ их ареалов. Результаты изучения сезонной динамики общей численности, биомассы и обилия массовых видов могут быть использованы для выявления изменений в динамике биологических процессов под воздействием климатических изменений. Оценки обилия отдельных видов, общей численности и биомассы зоопланктона могут служить для сравнения продуктивности вод Арктического бассейна с водами других районов Мирового Океана. Представленная карта распределения биомассы может служить основой для дальнейших оценок изменений в распределении планктона и продуктивности арктических пелагических сообществ. Разработанные методы культивирования глубоководных планктонных животных могут быть рекомендованы для исследований в Арктике и других холодноводных районах Мирового Океана.
Результаты апробации работы. Результаты исследований были представлены на семинарах и коллоквиумах Лаборатории экологии и распределения планктона Института океанологии РАН, а также международных, всесоюзных и российских научных конференциях и совещаниях, в том числе III-м съезде советских океанологов (Ленинград, 1987), 4, 5 и 7-й региональных конференциях “Проблемы изучения, рационального использования и охраны природных ресурсов Белого моря” (Архангельск, 1990;
Петрозаводск, 1992, С-Петербург, 1995), рабочей встрече по результатам Российско-Германской экспедиции ЛАПЭКС-93 (С-Петербург, 1993), Европейской конференции “Главные направления исследований океана и полярных исследований” (ECOPS, Бремен, Германия, 1994), 2, 3, 5 и 6-й рабочих встречах по программам Российско-Германского сотрудничества «Система моря Лаптевых» и «Система моря Лаптевых-2000» (С-Петербург, 1994, 1996, 1999, 2000), международной конференции "Современное состояние и перспективы исследований экосистем Баренцева, Карского морей и моря Лаптевых" (Мурманск, 1995), 6, 8 и 10-й международных конференциях по копеподам (Олденбург, Германия, 1996;
Килунг, Тайвань, 2002;
Паттайя, Таиланд, 2008), юбилейной научной конференции к 60-летию Беломорской биологической станции им. Н.А.Перцова МГУ (ББС МГУ, 1998), II (XXV) международной конференции «Биологические ресурсы Белого моря и внутренних водоемов Европейского Севера» (Петрозаводск, 1999), 4-6, 8 и 10-й научных конференциях Беломорской биологической станции им. Н.А.Перцова МГУ (ББС МГУ, 1999, 2001, 2002, 2003, 2005), международном симпозиуме Комитета по исследованию океанов (ICES) «Результаты транс-атлантического изучения Calanus finmarchicus», (Тромсо, Норвегия, 1999), 3-х международных рабочих встречах по программе «Взаимодействие суши и океана в Арктике» (LOIRA) (Москва, 2000, 2002, 2004), рабочей встрече по программе «Сток сибирских рек» (SIRRO) (Москва, 2002), 3 и 4-м международных Симпозиумах «Продукция зоопланктона» (Хихон, Испания, 2003;
Хиросима, Япония, 2007), 3-х международных школах морской геологии (Москва, 2003, 2005, 2007), международной конференции по программе ESSAS (Виктория, Канада, 2005), международных конференциях Американского Общества Лимнологии и Океанографии (ASLO, Сантъяго Де Компостела, Испания, 2005, Гонолулу, США, 2006), международной конференции «Водная экология на заре XXI века» (С-Петербург, 2005), II конференции по долгосрочному планированию исследований в Арктике (ICARP II) (Копенгаген, Дания, 2005), 4-й рабочей встрече «Взаимодействие шельфа и океана – Панарктическая перспектива» (Сопот, Польша, 2006), 3-х международных конференциях “Arctic Frontiers” (Тромсо, 2007, 2009, 2010), международной конференции «Морские исследования полярных областей Земли в Международном полярном году 2007/08» (Ст. Петербург, 2010), международной конференции «Результаты Международного полярного года 2007/08» (Осло, Норвегия, 2010).
Публикации. По теме диссертации опубликована 61 работа, включая 42 статьи в рецензируемых российских и международных научных журналах и 3 главы в коллективных монографиях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 8 глав и заключения. Диссертация включает 326 страниц машинописного текста, 80 рисунков, 40 таблиц и список литературы из 523 наименований, из которых 312 – на иностранных языках.
ВВЕДЕНИЕ Северный Ледовитый океан cреди всех океанов Земли менее всего изучен из-за его ледового покрова, препятствующего проведению исследований с обычных океанографических судов, сурового климата, низких температур и долгой полярной ночи. Изучение его центральной глубоководной части, Арктического бассейна, началось более ста лет назад с Норвежской Полярной экспедиции на «Фраме» под руководством Ф. Нансена (1893 - 1896 гг.). Материалы этой экспедиции заложили основу представлений о разнообразии жизни в водах под многолетней толщей арктических льдов (Sars, 1900;
Nansen, 1902;
Gran, 1904).
С начала XX века изучению биологии арктических морей и Арктического бассейна серьезное внимание стало уделяться и отечественными исследователями (Линко, 1907, 1908, 1913;
Богоров, 1938, 1946;
Усачев, 1938, 1946, 1949;
Ширшов, 1938, 1944;
Яшнов, 1940). Сбор зоопланктона вошел в программу научных исследований уже во время дрейфа первой станции «Северный Полюс» (СП) в 1937-38 гг. (Ширшов, 1938) и ледоколов «Садко» и «Седов» в 1938 и 1939 гг. (Богоров, 1946;
Усачев, 1946). За ними последовали дрейф СП-2 (Бродский, Никитин, 1955) и других станций СП, на которых сбор зоопланктона стал обычной частью научной программы (Никитин, 1961). С по 1980-е гг. дрейфующими станциями СП были собраны обширные коллекции зоопланктона, позволившие исследовать его видовой состав, вертикальное распределение, миграции отдельных видов, получить первые оценки численности и биомассы (Бродский, Никитин, 1955;
Виркетис, 1957, 1959;
Павштикс, 1971, 1972, 1976, 1977;
Бродский, Павштикс, 1976;
Мельников, 1976, 1978;
Кособокова, 1981, 1982, 1989, 1990). В эти же годы исследования зоопланктона проводились и по материалам, собранным американскими и канадскими дрейфующими экспедициями (Mohr, 1959;
Johnson, 1963;
Grainger, 1965;
Harding, 1966;
Hopkins, 1966 a,b;
Hughes, 1968;
Mohr, Geiger, 1968, Pautzke, 1979) и подводными лодками (Grice, 1962).
Большинство дрейфующих станций с 1950 по 1980-е начинали свой путь в Канадском секторе Арктики, где льды отличались наибольшей толщиной, и где для их работы выбирали крепкие и обширные ледовые платформы. Из-за системы господствующих течений дрейфовали они также в основном в пределах Канадского бассейна, редко пересекая район хребта Ломоносова в западном направлении. По этой причине сборы из Евразийского бассейна долгое время полностью отсутствовали (Kosobokova, Hirche, 2000;
Кособокова, 2003).
С появлением научно-исследовательских ледоколов в 1980-х годах на смену сбору материала во время пассивного дрейфа на льдинах пришла возможность заблаговременного планирования района работ с учетом возможной ледовой обстановки. Первым современным ледоколом, собравшим зоопланктон севернее 80°с.ш. в 1980 г. стал шведский “Ymer” (Groendahl, Hernroth, 1986). В 1982 г. был введен в строй немецкий научный ледокол “Polarstern”, совершивший на сегодня более 20 экспедиций в высокую Арктику. Сбор зоопланктона входил в программу 8-ми его экспедиций в Арктический бассейн. Первоначально (1987, 1991, 1993 гг.) сборы ограничивались лишь частью водного столба (Mumm, 1993;
Mumm et al., 1998).
Впоследствии (1995, 1996, 1997, 1998, 2007 гг.) послойные сборы до 3000 м стали стандартным подходом (Kosobokova et al., 1998;
Kosobokova, Hirche, 2000;
Кособокова, 2003, 2009;
Kosobokova, Hirche, 2009). Благодаря перечисленным ледокольным экспедициям, за последние 25-30 лет исследования в Евразийском бассейне развернулись с не меньшей интенсивностью, чем в Канадском. В последнем они были возобновлены после 20-летнего перерыва также преимущественно с ледоколов (Wheeler et al., 1996;
Thibault et al., 1999;
Kosobokova and Hirche, 2000;
Hopcroft et al., 2005;
Raskoff et al., 2005, 2010;
Lane et al., 2008;
Ota et al., 2008;
Kosobokova, Hopcroft, 2010).
Использование дрейфующих ледовых платформ постепенно стало редкостью (Ashjian et al., 2003;
Melnikov, Kolosova, 2001).
Несмотря на интенсификацию исследований, разные экспедиции ставили разные задачи и применяли разные методы сбора и обработки материала, что нередко затрудняло сравнение их результатов. Возможность подойти к анализу структуры зоопланктонных сообществ и закономерностей количественного распределения зоопланктона в Арктическом бассейне появилась лишь тогда, когда стали применяться единые методы его сбора и обработки, а районы его сбора за относительно короткий отрезок времени охватили всю его акваторию и области, пограничные с соседними океаническими районами – Северной Атлантикой и Северной Пацификой.
ГЛАВА 1. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ И ОСОБЕННОСТИ БИОТОПА Область исследований включает центральную глубоководную часть Северного Ледовитого Океана - Арктический бассейн и прилежащие районы континентального склона Евразии и Северо-Американского континента. В главе приводится физико географическая характеристика этого района и описание особенностей биотопа арктической пелагиали.
Глубины и рельеф дна. Северный Ледовитый Океан представляет собой обособленный замкнутый водоем, соединяющийся с Атлантическим океаном через глубоководный пролив Фрама, Баренцево море и Канадский Архипелаг, и с Тихим через мелководный Берингов пролив. Краевые эпиконтинентальные моря составляют более 60% его площади, причем ширина шельфа некоторых из них (моря Лаптевых, Восточно-Сибирского, Чукотского) достигает 1000 км. Центральная часть океана – Арктический Бассейн - представляет собой глубоководную впадину с максимальными глубинами более 5000 м.
Дно Арктического бассейна расчленено тремя почти параллельными подводными горными цепями – хребтами Ломоносова, Альфа-Менделеева и Нансена-Гаккеля. В районе простирания хребта Ломоносова оно представляет собой подводную горную страну с отрогами и отдельными возвышенностями с крутыми склонами. Хребет тянется от Новосибирских островов через Северный Полюс к о. Элсмир и разделяет Арктический бассейн на Евразийский и Канадский бассейны. Глубина над ним 954 1650 м, над дном океана он возвышается на 3.3 - 3.7 км. Хребет Альфа-Менделеева расположен к востоку от хребта Ломоносова и простирается от его центральной части примерно по 180 к материковому склону Чукотки. Его средняя высота над дном около 1 км. Вместе с поднятием Альфа-Менделеева он разделяет Амеразийский бассейн на котловины Макарова и Канадскую. Хребет Нансена-Гаккеля (длина около 2000 км, средняя высота около 1500 м), располагается западнее хребта Ломоносова и отделен от него котловиной Амундсена, в среднем самой глубокой котловиной Ледовитого Океана. К юго-западу от хребта Гаккеля лежит котловина Нансена, характеризующаяся преобладанием глубин более 4 км. Максимальная глубина Арктического бассейна отмечена именно здесь, она достигает 5449 м.
Вертикальная структура вод. Воды Арктического Бассейна формируются под влиянием притока атлантических и тихоокеанских вод, речного стока и процессов таяния и образования льда (Nansen, 1902;
Coachman, Barnes, 1961, 1962, 1963;
Rudels et al., 1994, 2000, 2004;
Schauer et al., 1997;
Woodgate et al., 2001). По вертикальному распределению температуры и солености в Арктическом бассейне выделяют основных водных массы: слой Арктических поверхностных вод, Атлантический слой и Глубинные (донные) арктические воды (Coachman, Aagard, 1974).
Слой Арктических поверхностных вод простирается от поверхности до глубины 200-250 м, характеризуется относительно низкой соленостью 30-30.5 psu и отрицательной температурой, близкой к точке замерзания:
-1.8C. Этот слой подразделяется на поверхностный перемешанный слой (0-25-50 м), непосредственно взаимодействующий с атмосферой и льдом, и подстилающий его слой промежуточных арктических вод – галоклин (25-50 – 150-200 м), в пределах которого наблюдается резкое увеличение солености и плотности с глубиной. Воды галоклина имеют более высокую температуру, чем поверхностные, соленость в них возрастает с 31 psu на глубине 50 м до 34 psu на глубине 200 м. Резко выраженная стратификация в галоклине препятствует вертикальному перемешиванию и изолирует поверхностные Арктические воды от залегающего под ними теплого Атлантического слоя.
Верхнюю и нижнюю границу Атлантических вод обычно определяют по положению изотермы 0°С. Как правило, это глубины от 200-300 до 900-1000 м.
Атлантический слой имеет слабо положительную температуру +1-3°С и более высокую соленость, чем Арктические воды. Он формируется за счет теплых и соленых атлантических вод, проникающих в Арктический Бассейн через пролив Фрама, Баренцево и Карское моря. Соленость Атлантических вод с глубиной постепенно увеличивается до 34.9 psu.
Глубинные (донные) арктические воды воды занимают большую часть объема Арктического бассейна и имеют отрицательную температуру, которая в приатлантической части бассейна доходит до –0.8С, а в тихоокеанской – до –0.4С. Их соленость возрастает от 34.93 до 34.99 psu.
Особенности циркуляции вод. Поверхностная циркуляция в Арктическом бассейне формируется под влиянием речного стока и преобладающих ветров.
Поверхностные воды и покрывающие их льды движутся вдоль берега Азии с запада на восток, затем подхватываются общим течением на запад и покидают Арктический бассейн через пролив Фрама между Шпицбергеном и восточным берегом Гренландии.
Эта генеральная циркуляция состоит из трех основных компонентов (Гордиенко, Лактионов, 1969). Первый – это циклонический круговорот вод в море Лаптевых.
Второй – трансарктическое течение (Трансарктический Дрейф) – поток вод из Чукотского моря через центральную часть океана и Северный Полюс, который, соединяясь с первым, образует Восточно-Гренландское течение. Третий компонент – обширный, медленно движущийся антициклонический круговорот к северу от моря Бофорта.
Атлантические воды в Арктическом бассейне движутся с запада на восток, образуя циклоническую циркуляцию вдоль континентального склона Евразии - Атлантическое краевое течение. Первоначально считалось, что их основным источником является приток вод из Атлантики через пролив Фрама (Nansen, 1902;
Никифоров, Шпайхер, 1980), где эти теплые, но более соленые и плотные воды погружаются под распресненные Арктические поверхностные воды. Позднее было показано, что приток Атлантических вод происходит и через Баренцево море, причем он оказывается ничуть не меньшим, чем приток через пролив Фрама (Blindheim, 1989;
Rudels et al., 1994).
Баренцевоморская ветвь атлантических вод проходит между Новой Землей и Землей Франца Иосифа, откуда они попадают в Карское море и далее через желоб Св. Анны в Арктический бассейн. При подходе к хребту Ломоносова севернее моря Лаптевых струя атлантических вод разветвляется. Воды одной ветви пересекают хребет Ломоносова в восточном направлении и проникают в Канадский бассейн, где продолжают движение вдоль континентального склона. Воды другой отклоняются у основания хребта на север, движутся вдоль его западного склона по направлению к Полюсу и возвращаются в Гренландское море через пролив Фрама. В 1990-х годах было показано, что важную роль в формировании циркуляции атлантических вод играет не только хребет Ломоносова, но и другие подводные хребты. В частности, их ветвь, движущаяся на север и запад по направлению к проливу Фрама, была обнаружена и в районе хребта Нансена-Гаккеля (Schauer et al., 1997). Скорость атлантических вод в струе Атлантического краевого течения составляет 2.5 – 3 см сек-1 (Иванов, 2001;
Ашик, 2010). Их распространение от пролива Фрама до Новосибирских о-вов занимает около 2-х лет, в районе хребта Ломоносова их возраст оценивается в 3 года, а на долготе Берингова пролива – в 4-5 лет (Трешников, 1985).
О циркуляции Глубинных арктических вод известно очень мало. Обычно предполагается, что она также циклоническая, и также приуроченная к узкой области континентального склона (Aagaard, 1989;
Rudels et al.,1994).
Особенности биотопа. Морские биотопы полярных широт характеризуются резкими изменениями абиотических условий в течение года. Среди основных факторов, влияющих на существование зоопланктона в Арктике следует выделить (1) сезонные изменения интенсивности солнечной радиации, (2) подвижный снежно-ледовый покров, и (3) низкую температуру водной толщи.
Сезонные изменения солнечной радиации лежат в основе изменений всех остальных условий среды. Поступление солнечной радиации регулирует процессы теплообмена океана и атмосферы, таяние и образование льда, следствием которого являются изменения солености и плотности вод и их плотностная стратификация. Регулирует оно и количество световой энергии, проникающей под лед и доступной для фотосинтеза.
Огромную роль в формировании биотопа толщи вод играет морской лед. Снежно ледовый покров контролирует процессы теплообмена между океаном и атмосферой и прохождение в воду света, необходимого для развития ледовых водорослей и фитопланктона. Весенне-летнее таяние льда определяет формирование вертикальной стратификации водного столба, необходимой для удержания планктонных водорослей в верхнем перемешанном слое и развития цветения. Образование льда в осенне-зимний период в связи с интенсивной отдачей тепла в атмосферу приводит к конвективному перемешиванию лежащих под ним вод, необходимому для возобновления запасов биогенов. Снежно-ледовый покров является средой обитания целого ряда организмов, попадание которых в водную толщу в отдельные сезоны может влиять на процессы поступления органики в пелагиаль (Мельников, 1989;
Gradinger, 1999;
Lizotte, 2003;
Сажин, Ратькова, Кособокова, 2004;
Bluhm, Gradinger, 2007).
Важнейший для обитателей толщи вод фактор - низкая температура на всех глубинах. Ледовый покров изолирует поверхностные воды от воздействия атмосферных процессов, и их температура (-1.8С) почти не меняется в течение года. Температура Атлантического слоя не превышает +3С, поэтому общий размах ее колебаний в пределах огромной водной толщи протяженностью 3-4 км составляет не более 5С.
Резкие градиенты наблюдаются только в пределах слоя поверхностных перемешанных вод, на всех же остальных глубинах изменения температуры носят плавный постепенный характер.
Фитопланктон и первичная продукция. Ледовые водоросли и фитопланктон – основа пищевой цепи арктической пелагиали. Развитие ледовых водорослей и фитопланктона находится в прямой зависимости от количества поступающего света и условий снабжения их питательными веществами, поэтому в полярных районах оно имеет выраженный сезонный характер. Количество фитопланктона в водах подо льдом зимой очень мало (5-20 кл/.л) и держится на постоянном уровне (Kawamura, 1967).
Весенний сезон начинается с развития ледовых водорослей, которое предшествует началу вегетации фитопланктона. В результате вымывания рассола изо льда при его таянии ледовые водоросли попадают в подледную воду и некоторые из них дают начало весеннему «цветению» фитопланктона (Schandelmeier, Alexander, 1981;
Syvertsen, 1991). Цветение обычно образует пояс шириной 20-100 км вдоль кромки льдов (Alexander, Niebauer, 1981;
Sakhaug, Skjoldal, 1989;
Head et al., 2000). До тех пор, пока лед продолжает таять и отступать, цветение продолжает следовать за его кромкой, благодаря освобождению все новых и новых богатых биогенами вод (Sakhaug, 2003).
По этой причине районы вблизи кромки льда в покрытых сезонными льдами частях Арктики являются наиболее продуктивными и важными в экологическом отношении зонами (Sakhaug, 2003). В арктических морях прикромочное цветение может начаться в апреле-мае, в то время как в центральных частях океана оно наблюдается обычно не раньше июля (Sakhaug, Slagstad, 1991;
Eilertsen et al., 1993;
Strass, Noethig, 1996). Как следствие, сезон вегетации длится в более южных районах, покрытых сезонными льдами, 180-200 дней, а в районах, покрытых многолетним льдом, всего 70-100 дней (Strass, Noethig, 1996;
Neibauer et al., 1999). Так как в покрытых льдом районах большая часть света отражается, поглощается и рассеивается при прохождении сквозь лед, толщина эвфотической зоны в центральной Арктике обычно не превышает 20-25 м.
Из-за короткого вегетационного сезона и ледового покрова центральный Арктический бассейн является районом с исключительно низкой первичной продукцией. Недавние ее измерения в воде, на границе вода-лед и в нижнем 2-4 см слое льда на трансарктическом разрезе от Чукотского моря к бассейну Нансена позволили оценить ее годовую величину в Арктическом бассейне в 15 г С м-2 (Gosselin et al., 1997), что на порядок выше существовавших исторических оценок (English, 1961;
Apollonio, 1961).
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ Основным материалом для работы послужили сетные пробы мезопланктона, собранные с 1993 по 2007 гг. в Арктическом бассейне в 7-ми комплексных экспедициях ледоколов «Polarstern» (ARK IX/4, XI/1, XII, XIII, XIV и XXII/2) и «Healy» в 2005 г. (OE 05/2) (Рис. 1), в 5-ти из которых автор принимал участие лично. Этот материал включает 800 проб с 142 станций, полностью обработанных автором. Сроки проведения работ, районы сборов и количество использованных станций приведены в Табл. 1.
Район сбора материала в перечисленных экспедициях охватывал все четыре глубоководных бассейна Арктики – бассейны Нансена, Амундсена, Макарова и Канадский (Рис. 1). В экспедициях ARK IX/4, XI, XIII и XXII/2 большинство станций располагались на разрезах от края шельфа арктических морей (Баренцева, Карского, Лаптевых и Восточно-Сибирского) через континентальный склон к глубоководным бассейнам Нансена, Амундсена и Макарова, пересекавших область распространения Атлантического краевого течения (Рис. 1, разрезы W, W1, A-F). В экспедициях ARK XII и ARK XIV работы проводились в центральных бассейнах Амундсена и Макарова, в OE-05 – в Канадской котловине. Район работ экспедиции ARK XXII/2 включал также центральные районы Евразийского бассейна и бассейна Макарова (Рис. 1).
Таблица 1. Материалы ледокольных экспедиций, использованные в работе.
MN – сеть Multinet;
Bongo – сеть Бонго.* - MN с площадью входного отверстия 0. м2, ** - MN с площадью входного отверстия 0.49 м2.
Количество станций Судно Сроки Район экспедиция, проведения MN Bongo “Polarstern”, Август- Море Лаптевых, бассейны 37* ARK IX/IV сентябрь 1993 Нансена и Амундсена Море Лаптевых, Карское “Polarstern”, Июнь море, бассейны Нансена, 39* ARK XI/I сентябрь Амундсена, Макарова Карское море, бассейны “Polarstern”, Август 1996 Нансена, Амундсена, 8* ARK XII Макарова “Polarstern”, Июнь- Моря Баренцево, 13* ARK XIII/2 август 1997 Гренландское, пролив Фрама “Polarstern”, Бассейн Макарова (хребет Июль 1998 3** ARK XIV Альфа-Менделеева) USCGC “Healy”, Июль 2005 Канадский бассейн 12* OE-05/ Бассейны Нансена, “Polarstern”, Июль Амундсена, Макарова 30** ARK XXII/2 сентябрь Во всех перечисленных экспедициях количественные сборы зоопланктона осуществляли послойно замыкающимися сетями Multinet (MN, Hydrobios, г. Киль, Германия). В пяти из них (109 станций из 142) использовали сеть с площадью входного отверстия 0.25 м2 из газа с ячеей 150 µм (Табл.1). В районе шельфа послойно облавливали всю водную толщу, в районе океанических глубин - верхние 1500 м (ARK IX/4) или 3000 м водного столба (ARK XI/1, XII, XIII и OE 05/2). Облов проводили по стандартным горизонтам 3000 м (дно) - 2000, 2000-1000, 1000-750, 750-500 (или 1000 500), 500-300, 300-200, 200-100, 100-50, 50-25, 25-0 м, что впоследствии позволило отдельно характеризовать каждую из трех основных водных масс. Слой Глубинных арктических вод, таким образом, облавливали по 1-2 горизонтам, Атлантический слой по 3-4 горизонтам, а слой Арктических поверхностных вод по 3-4 горизонтам. Еще в двух экспедициях (ARK XIV и XXII/2) использовали сеть Multinet с площадью входного отверстия 0.49 м2 и ячеей 150 µм, снабженную счетчиком профильтрованной воды (Табл. 1). Облов водного столба проводили по тем же стандартным горизонтам до глубин 3000 м или дна.
В дополнение к описанному материалу использованы 312 проб с 18 станций в Канадском бассейне и бассейне Макарова, полученные во время дрейфа станций «Северный Полюс» (СП-22) в 1975-76 гг. и СП–23 в 1977-78 гг. (Рис. 1) (Мельников, 1976;
Мельников, Циновский, 1978), также обработанные автором. Планктон собирали сетями Джеди с входным отверстием 0.1 м2 и газом с ячеей 180 µм послойно от дна до поверхности по стандартным горизонтам (Кособокова, 1981). Из-за отличного от MN входного отверстия сети эти материалы не использовались при построении карты распределения биомассы зоопланктона.
Рис. 1. Положение станций и буквенное обозначение разрезов, материал с которых использован в работе.
Все перечисленные коллекции зоопланктона были фиксированы 4-% формалином.
Их количественная обработка проведена по стандартной методике (Kosobokova, Hirche, 2000). Представителей всех таксономических групп определяли до вида и стадии развития и измеряли. Животных крупнее 1 мм подсчитывали тотально, остальных – в выборке от 1/10 до 1/6 объема пробы. Для подсчета биомассы использовали опубликованные данные о средних сухих весах арктических планктонных животных и уравнения зависимости сухого веса от длины их тела (Richter, 1994).
Изучение вертикальной структуры планктонных сообществ проведено с использованием пакета программ Primer V6. Для анализа использовали данные о численности представителей всех обнаруженных таксономических категорий, из которых исключали наиболее редкие таксоны с вкладом в общую численность менее 3% в любой из использованных проб, появление которых можно статистически отнести к случайности. В результате полный список был сокращен до 60 видов, систематически встречавшихся в пробах. Индекс сходства (индекс сходства Брея-Кертиса) рассчитывали по нелинейно преобразованным плотностям отдельных видов (корень 4-й степени из плотности) для каждой пары проб.
Экспериментальное изучение биологии размножения массовых эпипелагических и глубинных представителей планктона проведено во время экспедиций 1993-1997 и гг. Животных инкубировали в сосудах с фильтрованной морской водой при температуре -0.5-+1.0°C. Детали использованных методик описаны в работах Kosobokova, Hirche, 2001, 2003 и Kosobokova et al., 2007.
ГЛАВА 3. ВИДОВОЙ СОСТАВ ЗООПЛАНКТОНА В исследованных районах Арктического бассейна зарегистрировано 170 видов многоклеточного планктона, относящихся к восьми крупным таксонам беспозвоночных: Cnidaria (Hydrozoa, Scyphozoa, Siphonophora), Ctenophora, Annelida (Polychaeta), Nemertea, Mollusca (Pteropoda), Arthropoda (Crustacea), Larvacea и Chaetognatha. Представители двух групп, Crustacea и Cnidaria, составляли 87% всех видов. Crustacea (72% общего числа видов) включали 91 вид Copepoda (80 Calanoida, Cyclopoida, 1 Siphonostomatoida, 1 Mormonilloida, 1 Monstrilloida), 5 видов Ostracoda, Amphipoda (6 Hyperiidea, 11 Gammaridea), 4 Mysidacea, 4 Euphausiacea и 1 вид Decapoda. Пелагические Cnidaria были представлены 15 видами Hydromedusae, Scyphomedusae и 7 видами Siphonophora, составившими суммарно 15% видов.
Количество видов в остальных группах распределилось следующим образом: 7 видов Ctenophora, 5 Polychaeta, 1 Nemertea, 2 Pteropoda, 4 Larvacea, и 4 вида Chaetognatha.
137 из 170 найденных видов были известны из Арктического бассейна и ранее (Бродский, Никитин, 1955;
Виркетис, 1957, 1959;
Dunbar, Harding, 1968;
Shirley, Leung, 1970;
Кособокова, 1981;
Mumm, 1993;
Sirenko et al., 1996;
Kosobokova et al., 1998;
Kosobokova, Hirche, 2000;
Sirenko, 2001;
Auel, Hagen, 2002;
Kosobokova, Hopcroft, 2010).
Кроме них, обнаружено еще 16 видов, до этого в Арктическом бассейне не зарегистрированных, и 17 новых для науки видов. Среди новых видов - 12 видов каляноидных копепод (Markhaseva, Kosobokova, 1998, 2000;
Markhaseva, 2001;
Andronov, Kosobokova, в печ.;
Andronov, в печ.), 1 вид остракод (Angel, в печ.), 1 вид полихет (Гагаев, в печ.), 1 вид гидромедуз и 2 новых вида гребневиков (Raskoff et al., 2010). Большинство новых и впервые зарегистрированных видов – обитатели глубин 1000 м или бентопелагические животные.
144 вида (85%) из 170 обнаруженных являются резидентами (местными видами) Арктического бассейна, способными поддерживать в его акватории самостоятельные популяции. Подтверждением тому служит повсеместное наличие молоди и размножающихся половозрелых особей в их популяциях. Остальные 26 видов являются стерильными экспатриантами (Экман, 1953), не способными к размножению в Арктическом бассейне. В исследованных районах их популяции состояли исключительно из старших стадий развития и взрослых, не размножающихся особей.
Среди представителей этой категории выделяются атлантические, тихоокеанские и шельфовые (неритические) экспатрианты.
К числу экспатриантов из Северной Атлантики относятся копеподы Calanus finmarchicus, Metridia lucens, Paraeuchaeta norvegica, Oithona atlantica, Rhincalanus nasutus и Pleuromamma robusta, эвфаузииды Meganyctiphanes norvegica и Thysanoessa longicaudata, полихета Tomopteris septentrionalis. Их распространение ограничено Евразийским сектором Арктики, куда они попадают с атлантическими водами из Северной Атлантики. Их численность уменьшается с запада на восток по пути следования атлантических вод вдоль континентального склона Евразии. К востоку от хребта Ломоносова они практически не встречаются, так как скорость распространения атлантических вод, продолжительность их жизни и отсутствие потомства не позволяют им расселиться шире. В числе тихоокеанских океанических экспатриантов копеподы Neocalanus cristatus, Eucalanus bungii, Metrida pacifica и Pseudhaloptilus pacificus, встречающиеся только в Канадском бассейне, куда они проникают с тихоокеанскими водами через Берингов пролив. К шельфовым экспатриантам относятся копеподы Acartia longiremis, Drepanopus bungei, Pseudocalanus acuspes, P. minutus, P. major, P.
newmani, Bradyidius similis, Monstrilla sp., медузы Aglantha digitale, Plotocnide borealis, Cyanea sp., Chrysaora melanaster и хетогната Parasagitta elegans. Эти обитатели шельфовой зоны единично отмечены в районе континентального склона к северу от широко сообщающихся с Арктическим бассейном морей - Лаптевых, Восточно Сибирского и Чукотского. В пределах зоны склона они выпадают из планктона, и в океанических районах бассейна отсутствуют.
По своему географическому распространению резидентная планктонная фауна Арктического бассейна делится на виды, встречающиеся только в Арктике, а также более широко распространенные виды (Рис. 2) (Kosobokova et al., 2010). Среди первых 20 эндемичных видов, известных только из Арктического бассейна. 1/3 из них составляют животные, ассоциированные со льдом (копеподы Jaschnovia tolli, J. brevis, Eurytemora richingsi, амфиподы Onisimus litoralis, O. nanseni, Eusirus holmi, Eusirogenes arctica, Apherusa glacialis, Gammarus wilkitzkii), а 2/3 – обитатели глубин 1000 м (копеподы Mimocalanus damkaeri, Spinocalanus elongatus, S. horridus, Chiridiella reductella, Paraeuchaeta polaris, Scaphocalanus polaris, Lucicutia pseudopolaris, гидромедузы Rhabdoon reesi, Sminthea arctica, сифонофоры Rudjakovia plicata, и аппендикулярии Fritillaria polaris). Высокий уровень видового эндемизма (14% всей резидентной фауны) – характерная черта фаунистического состава зоопланктона Арктического бассейна (Dunbar, Harding, 1968;
Бродский, Павштикс, 1977;
Kosobokova, Hopcroft, 2010). Она обусловлена с особыми условиями существования - наличием многолетнего ледового покрова, с которым связана эволюция криопелагической фауны, и с длительной изоляцией глубин бассейна от остальных районов Мирового океана (Jakobsson et al., 2007), способствовавшей развитию специфической глубоководной фауны.
Кроме перечисленных хорошо известных эндемиков Арктического бассейна (Бродский, 1950;
Dunbar, Harding, 1968;
Kosobokova, Hirche, 2000;
Kosobokova et al., 2000) нами обнаружено еще 17 новых для науки видов, известных пока только из Арктического бассейна (Рис. 2). Делать выводы об их географическом распространении преждевременно, поскольку в силу малочисленности сборов с больших глубин данных об их встречаемости очень мало.
Рис. 2. Географическое распространение резидентных видов зоопланктона Арктического бассейна. АБ – Арктический бассейн;
СА – Северная Атлантика;
СП – Северная Пацифика.
Помимо видов, известных только из Арктического бассейна, в состав его планктонной фауны входят элементы, общие с Северной Атлантикой, Северной Пацификой, с двумя этими регионами, биполярные и широко распространенные виды (Рис. 2). Долгое время считалось, что общие с Северной Атлантикой виды составляют в Арктическом бассейне большую часть фауны (Бродский, 1956;
Бродский, Павштикс, 1977;
Grainger 1989). Наши данные показывают, однако, что их доля составляет 19% среди копепод и 26% среди всех таксонов, т.е. не более четверти всей фауны (Рис. 2). В сумме, эти и известные только из Арктического бассейна виды составляют половину всей фауны (Рис. 2). Широко распространенные виды составляют 26-28%, биполярные 8-10%, а доля видов, общих с Северной Пацификой не превышает 3-4% (Рис. 2), что можно объяснить длительной топографической изоляцией глубин Арктического бассейна от глубоководных районов северной части Тихого океана.
Сравнение фауны четырех глубоководных котловин Арктического бассейна показало, что в каждой из них число видов-резидентов и видов-экспатриантов различно (Табл. 2). Причиной различий в составе резидентной фауны явилась редкость ряда недавно обнаруженных глубоководных видов, о которой говорилось выше, и неравноценность материалов по бентопелагической фауне, сборы которой требуют использования особых орудий лова. В Евразийском бассейне они проводились и дали много новых находок (Sirenko et al., 1996;
Markhaseva, 1998), а в Канадском бассейне пока не проводились. Различия в составе видов-экспатриантов, и в частности, снижение числа атлантических экспатриантов с запада на восток от бассейна Нансена к Канадской котловине вдоль пути распространения атлантических вод, а также присутствие тихоокеанских экспатриантов только в Канадском бассейне, отчетливо демонстрирует их связь с атлантическими и тихоокеанскими водами (Табл. 2).
Таблица 2. Количество видов зоопланктона в отдельных глубоководных бассейнах.
Экспатрианты: 1 - атлантические;
2 - шельфовые;
3 - тихоокеанские.
Бассейны Нансена Амундсена Макарова Канадский Всего видов (резидентов 136 (119 + 17) 134 (122 + 12) 124 (116 + 8) 136 (124 + 12) + экспатриантов) 91 + 82 + 03 41 + 82 + 03 31 + 42 + 13 01 + 82 + Виды-экспатрианты Бассейн Евразийский Канадский Всего видов-резидентов 130 Анализ распространения 144 резидентных видов в Евразийском и Канадском бассейнах показал, что 130 (90%) из них встречается в первом, и 133 (92 %) - во втором (Табл. 2). Общими для Евразийского и Канадского бассейнов являются 119 видов, т.е.
83% резидентной фауны. Сходство фауны Евразийского и Канадского бассейнов, и, в особенности, фауны глубин - важная черта планктонных сообществ, особо примечательная, если вспомнить, что хребет Ломоносова создает между ними топографический барьер, изолирующий 3-4 километровый слой вод, лежащий глубже 900-1600 м. Сходство видового состава сообществ по обе стороны хребта Ломоносова показывает, что обмен глубоководной планктонной фауной между Евразийским и Канадским бассейнами имеет место. Возможность такого обмена хорошо согласуется и с результатами недавних гидрофизических исследований, подтверждающими возможность обмена глубинными водами между Евразийским и Канадским бассейнами (Jones et al., 1995).
ГЛАВА 4. ВЕРТИКАЛЬНАЯ СТРУКТУРА СООБЩЕСТВ В главе рассматривается вертикальная структура зоопланктонных сообществ на основании изучения глубин обитания отдельных видов, выделения группировок видов, характерных для отдельных слоев и водных масс, а также анализа изменений видового разнообразия с глубиной. Глубины обитания изучены у 62 видов копепод и представителей других таксономических групп по данным более чем из географических точек в районах с глубинами 1500 м (Кособокова, 1989;
Kosobokova, Hirche, 2000;
Kosobokova et al., 2010).
Для большинства животных отмечен широкий диапазон вертикального распределения, охватывающий, по крайней мере, две водных массы – Арктические поверхностные и Атлантические воды, или Атлантические и Глубинные арктические воды, или все три перечисленные водные массы (Рис. 3). Предпочитаемые глубины (слои максимальной концентрации) у разных видов различались. Выделялись виды, предпочитающие поверхностные слои, обитатели верхней мезопелагиали, нижней мезо и батипелагиали, и, наконец, виды, предпочитающие бати- и абиссопелагические глубины (Рис. 3). Характер распределения одних и тех же видов в Евразийском и Канадском бассейне был однотипен (Рис. 3).
Рис. 3. Схематическое изображение вертикального распределения отдельных видов планктонных животных, предпочитающих поверхностные воды (зеленый цвет), верхнюю мезопелагиаль (голубой), нижнюю мезо- и абиссопелагиаль (розовый), бати- и абиссопелагиаль (синий).
Простое сравнение предпочитаемых животными глубин позволяет уже на качественном уровне выделить группировки видов, характерные для отдельных слоев и водных масс, однако для более формализованного описания вертикальной структуры планктонных сообществ были использованы методы кластерного анализа (Kosobokova, Hirche, 2010;
Kosobokova, et al., 2010). Их применение показало, что в каждом отдельном слое облова комплексы видов индивидуальны, и состав зоопланктона изменялся с глубиной постепенно, так, что обилие одних видов снижалось, и они исчезали, в то время как другие появлялись, и их обилие увеличивалось. Попытка связать полученные группировки с параметрами среды показала, что корреляция с глубиной высока (коэффициент корреляции Спирмана = 0.83), в то время как добавление других параметров (например, температуры, солености) ее снижало, т.е. ни один из них не отвечал за формирование структуры сообществ.
При снижении уровня сходства до 60-70% пробы распались на 4 основных группы, которые можно рассматривать как представляющие более или менее устойчивые сообщества. Среди них: 1) эпипелагическое сообщество слоя Арктических поверхностных перемешанных вод (0-100 м);
менее однородное сообщество мезопелагических глубин, включающее 2) верхне-мезопелагическое сообщество слоя галоклина и верхней части Атлантического слоя (глубины 100-500 м) и 3) нижне мезопелагическое сообщество части Атлантического слоя и верхней части Глубинных арктических вод (глубины 500-2000 м);
и, наконец, 4) батипелагическое сообщество Глубинных арктических вод глубже 2000 м. На Рис. 4 для наглядности приведены результаты анализа вертикальной структуры сообществ Канадского бассейна с выделением 4-х перечисленных сообществ.
A B Рис. 4. Многопараметрический анализ сходства сообществ. A - иерархия различия;
черные ветви графа соединяют статистически разные группы проб (при уровне значимости =5%);
B - двумерное представление ~60-мерной структуры сообщества Канадского бассейна, в котором расстояние между точками пропорционально различию плотностей видов в соответствующих пробах. Степень сходства представлена объединяющими линиями разного уровня.
Анализ полного набора данных из всех исследованных точек подтверждает существование выделенных группировок, включая эпипелагическое, верхне мезопелагическое, нижне-мезопелагическое и батипелагическое сообщества, как в Евразийском, так и в Канадском бассейне (Рис. 5). В структуре эпипелагических сообществ, однако, выявляются особенности, связанные, в основном, с разной численностью ряда массовых видов в поверхностных слоях этих бассейнов. Причины выявленных различий изложены в Главе 7.
Видовое разнообразие зоопланктона с глубиной изменяется следующим образом:
самое низкое число видов, не более 25-30 (все таксономические группы), характерно для Арктической поверхностной водной массы, в пределах которой наблюдаются самые низкие температуры и пониженная резко меняющаяся соленость. С глубиной число видов растет, достигая максимума в слое Атлантических вод и верхней части Глубинных арктических вод в слое 500-2000 м (65-75 видов). Еще глубже оно вновь снижается до 50 видов. Характер изменения видового разнообразия с глубиной в Евразийском и Канадском бассейне однотипен. В целом, характер наблюдаемых изменений, в том числе увеличение числа видов на глубинах 500-2000 м и его снижение в более глубоких слоях, сходен с изменениями видового разнообразия большинства групп зоопланктона в сообществах умеренных вод Атлантического, Тихого и Южного океанов (Виноградов, 1968).
20 глубина, м 12. Индекс сходства Брея-Кертиса 37. 100 Канадский Евразийский Верхне Нижне- Батипелагическое бассейн бассейн мезопелагическое мезопелагическое сообщество Эпипелагическое сообщество сообщество сообщестово Рис. 5. Многопараметрический анализ сходства сообществ по всем данным (детали см.
в подписи Рис. 4). Черные ветви графа соединяют статистически разные группы проб (при уровне значимости =5%).
Еще одной важной чертой вертикального распределения зоопланктона в Арктическом бассейне является смещение границ распределения многих видов в верхние слои (polar emergency, «полярный подъем») по сравнению с границами их обитания в других районах Мирового океана. У ряда животных такой сдвиг составляет до нескольких сотен метров. Так, мезо- и батипелагические копеподы Aetideopsis rostrata, Scaphocalanus acrocephalus, S. brevicornis, обитающие в Норвежском море преимущественно глубже 600 м (Ostvedt, 1955), в Арктическом бассейне поднимаются до глубины 50-100 м и образуют максимальные скопления в слоях 100-500 м.
Аналогичный сдвиг вертикальных диапазонов на несколько сотен метров характерен и для массовых мезопелагических копепод Gaetanus tenuispinus, Chiridius obtusifrons, Heterorhabdus norvegicus, Temorites brevis и щетинкочелюстных Eukrohnia hamata.
Подъем животных на несвойственные им в средних и тропических широтах глубины объясняется особенностями арктического биотопа - низкой освещенностью покрытых льдом вод, малой глубиной проникновения света, отсутствием прогрева поверхностных вод, и малой мощностью эвфотического слоя (Зенкевич, 1947).
ГЛАВА 5. КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ СООТНОШЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ В СООБЩЕСТВАХ Роль разных видов и таксономических групп в зоопланктоне Арктического бассейна с точки зрения их вклада в численность и биомассу различна. Со времен ранних исследований известно, что в сообществах выделяется несколько компонентов, резко преобладающих над всеми остальными (Grainger, 1965;
Minoda, 1966;
Павштикс, 1971, Бродский, Павштикс, 1976, Кособокова, 1981, 1982;
Mumm, 1993;
Wheeler et al., 1996;
Thibault et al., 1999;
Ashjian et al., 2003). В главе проводится оценка роли разных видов и таксономических групп по их относительному (%) вкладу в общую численность и биомассу на основании данных, полученных с использованием единой методики, что дало возможность для сравнения различных районов бассейна. Хотя изучение шельфовых сообществ не входило в круг основных задач работы, представлялось существенным также проанализировать различия между сообществами глубоководных бассейнов и шельфовых областей. Для Евразийской Арктики структура сообществ была исследована на разрезах от шельфа моря Лаптевых через континентальный склон Евразии к глубоководным бассейнам Нансена и Амундсена (Kosobokova et al., 1998). В пределах этого района станции были объединены в три группы в зависимости от глубины места: 1) станции в шельфовой области (глубины 100 м), 2) в области континентального склона (глубины 100-1000 м), и 3) в глубоководных бассейнах (глубины 1000 м). Для Канадской Арктики аналогичное исследование проведено по материалам с шельфа Чукотского моря и из глубоководного Канадского бассейна (Kosobokova, Hopcroft, 2010;
Hopcroft et al., 2010).
Роль отдельных компонентов в общей численности зоопланктона. Оценка вклада разных таксономических групп в численность сетного мезопланктона в исследованных районах во всем столбе воды подтвердила, что ведущей группой почти повсеместно, за исключением отдельных шельфовых областей, являются веcлоногие рачки Copepoda.
Таблица 3. Размах колебаний и средние значения вклада (%) копепод в общую численность зоопланктона на шельфе, в области континентального склона и в глубоководных бассейнах Евразийской и Канадской Арктики.
Евразийская Арктика Канадская Арктика Min - max Среднее ± SD Min - max Среднее ± SD Шельф 49.4 - 98.6 80.9 ± 17.4 39.7 – 95.4 69.2 ± 15. Склон 88.4 – 97.3 93.9 ± 3.2 91.7 – 93.5 92.3 ± 0. Бассейны 91.9 - 97.4 94.4 ± 1.9 88.0 - 94.6 92.8 ± 2. Диапазоны значений и средние величины вклада копепод в общую численность зоопланктона на шельфе, континентальном склоне и в бассейнах Евразийской и Канадской Арктики приведены в Табл. 3. На шельфе доля копепод варьировала в широких пределах от 39.7 до 98.6%, поскольку летом, когда были проведены исследования, в отдельных районах была высока численность меропланктона. В среднем доля копепод на шельфе моря Лаптевых составляла 80.9%, а в Чукотском море 69.2% (Табл. 3). В области континентального склона и океанических районах их вклад повсеместно превышал 88%, а в отдельных случаях достигал 97% (Табл. 3). На долю всех прочих таксономических групп приходилось суммарно не более 6-9% общей численности.
Как на шельфе, так и за его пределами в сообществах отчетливо выделяются виды, преобладающие над всеми остальными. На шельфе моря Лаптевых (Евразийская Арктика) самый большой вклад в численность давали представители мелкоразмерной фракции 0.2-1.5 мм копеподы Oithona similis, Pseudocalanus spp., представители меропланктона и науплиусы копепод (при большом разбросе значений для каждой из этих групп, Табл. 4). В области склона возрастала роль O. similis, высокая роль науплиусов сохранялась, а доля видов р. Pseudocalanus и меропланктона снижалась (Табл. 4). Кроме того, к числу массовых видов добавлялись мелкие океанические виды р. Oncaea, молодь Metridia longa и Microcalanus spp.. В открытом океане доля последних еще более возрастала при одновременном выпадении из планктона меропланктона и видов р. Pseudocalanus (Табл.4).
Таблица 4. Евразийская Арктика. Вклад (%) отдельных компонентов в численность зоопланктона на шельфе моря Лаптевых, в области континентального склона к северу от него и в прилежащих бассейнах Нансена и Амундсена. Доминирующие виды (9%) выделены жирным шрифтом на сером фоне.
Шельф, 100 м Склон, 100-1000 м Бассейны, 1000 м Oithona similis 21.7 ± 23.4 39.5 ± 14.1 32.0 ± 7. Pseudocalanus spp. 6.2 ± 5.1 0.9 ± 1. 29.0 ± 19. Меропланктон 4.5 ± 3.1 15.2 ± 15. Науплии копепод 7.0 ± 9.8 10.2 ± 3.8 9.3 ± 5. Oncaea spp. 2.4 ± 3.9 13.0 ± 4.7 16.2 ± 4. 0.8 ± 1. Metridia longa 7.8 ± 3.9 11.2 ± 5. Microcalanus spp. 1.8 ± 2.8 9.9 ± 2.8 15.0 ± 5. На шельфе Чукотского моря (Канадская Арктика), как и на шельфе моря Лаптевых, по численности доминировали мелкие копеподы Pseudocalanus spp., O. similis, представители меропланктона и науплии копепод (Табл. 5) (Hopcroft et al., 2010). В открытом океане Pseudocalanus spp. и меропланктон практически полностью отсутствовали, а к числу доминирующих видов добавлялись, как и в Евразийском бассейне, Oncaea spp. и Microcalanus spp. Таким образом, набор доминант и их процентный вклад в общую численность зоопланктона на шельфе, над склоном и в океанических районах Евразийской и Канадской Арктики говорит о существенных различиях в структуре сообществ шельфовой зоны и центральной глубоководной части Арктического бассейна. Важно подчеркнуть, что в океанических областях Евразийской и Канадской Арктики массовыми по численности являются одни и те же компоненты мелкоразмерной фракции копеподы Oithona similis, Microcalanus spp., Oncaea spp., а также науплиусы копепод, которые вместе составляли 83.7% в Евразийском и 73.6% Канадском бассейне (Табл. 4, 5).
Таблица 5. Канадская Арктика. Вклад (%) отдельных компонентов в численность зоопланктона на шельфе Чукотского моря, в области континентального склона к северу от него и в прилежащем Канадском бассейне. Доминирующие виды (9%) выделены жирным шрифтом на сером фоне.
Шельф, 100 м Склон, 100-1000 м Бассейны, 1000 м Oithona similis 13.5 ± 15.1 18.4 ± 4.5 20.4 ± 4. Pseudocalanus spp. 0.08 ± 0.01 0.06 ± 0. 43.2 ± 22. Меропланктон 0 23.9 ± 20. Науплии копепод 9.0 ± 10.8 10.1 ± 5.5 9.1 ± 2. Oncaea spp. 1.7 ± 2.2 20.3 ± 2.6 20.4 ± 2. Microcalanus spp. 0.2 ± 0.3 23.1 ± 8.4 23.7 ± 3. Структура биомассы зоопланктона. Оценка вклада различных компонентов зоопланктона в его суммарную биомассу показала преобладание той же группы – копепод - над всеми остальными таксономическими группами и на шельфе, и в районе склона, и в глубоководных бассейнах (Табл. 6). Второй группой по роли в биомассе оказались щетинкочелюстные, составлявшие в Евразийской Арктике на шельфе, над склоном и в бассейнах в среднем 6.5±8.2, 7.7±10.9 и 13.2±4.6%, а в Канадской 9.7±11.8, 12.8±2.0 и 12.6±2.7%, соответственно.
Таблица 6. Размах колебаний и средние величины вклада копепод (%) в суммарную биомассу зоопланктона на шельфе, в области континентального склона и в глубоководных бассейнах Евразийской и Канадской Арктики.
Евразийская Арктика Канадская Арктика Min - max Среднее ± SD Min - max Среднее ± SD Шельф 73.1 – 99.5 90.6 ± 9.8 15.2 – 85.6 55.0 ± 22. Склон 54.7 – 98.1 88.0 ± 11.4 70.2 – 75.0 74.4 ± 2. Бассейны, южнее 73.1 – 89.2 80.9 ± 5.0 87.2 - 92.2 75.1 ± 4. с.ш.
Бассейны, севернее 88.7 – 94.2 91.4 ± 2.8 87.2 – 97.0 93.4 ± 5. 85 с.ш.
Интересно, что севернее 85с.ш. роль копепод в суммарной биомассе в Евразийском бассейне была в среднем на 10%, а в Канадском на 20% выше, чем в более южных районах этих бассейнов (Табл. 6). Увеличение доли копепод происходило за счет резкого сокращения биомассы всех остальных групп планктона, и в особенности – щетинкочелюстных (до 2.5% в Евразийском и 1.4% в Канадском бассейне).
Состав видов, доминирующих по биомассе на шельфе, над склоном и в открытом океане, различался (Табл. 7). В Евразийской Арктике на шельфе резко преобладала неритическая копепода Calanus glacialis, доля которой доходила до 60% (Табл. 7).
Другими важными компонентами биомассы были C. finmarchicus, Pseudocalanus spp. и неритические щетинкочелюстные Sagitta elegans, однако доля каждого из них была в раз ниже доли C. glacialis (Табл. 7). В районах склона C. glacialis оставался на первом месте по биомассе, но к числу доминант добавлялись океанические копеподы C.
hyperboreus, M. longa и щетинкочелюстные Eukrohnia hamata, которые замещали обильную на шельфе S. elegans. Доля Pseudocalanus spp. также снижалась (Табл. 7). В океанических районах на первое место по биомассе выходил C. hyperboreus, за ним следовали C. glacialis, M. longa и E. hamata, тогда как массовые на шельфе Pseudocalanus spp. и S. elegans присутствовали в следовых количествах (Табл. 7).
Таблица 7. Евразийская Арктика. Вклад доминирующих видов (5%, жирный шрифт на сером фоне) в общую биомассу зоопланктона на шельфе моря Лаптевых, в области континентального склона и в глубоководных бассейнах Нансена и Амундсена.
Шельф, 100 м Склон, 100-1000 м Бассейны, 1000 м Calanus glacialis 60.7 ± 13.9 41.4 ± 15.9 18.9 ± 5. 4.2 ± 1. C. finmarchicus 6.7 ± 8.8 8.5 ± 5. Pseudocalanus spp. 2.6 ± 5.5 0.1 ± 0. 6.4 ± 5. 1.6 ± 1.3 0. Sagitta elegans 6.5 ± 8. 4.0 ± 5. C. hyperboreus 10.3 ± 8.2 27.8 ± 9. 1.9 ± 2. Metridia longa 10.7 ± 5.8 16.5 ± 4. 0. Eukrohnia hamata 7.7 ± 10.9 13.2 ± 4. В Канадской Арктике различия в составе основных компонентов биомассы на шельфе и в открытом океане были выражены также ярко, как и в Евразийской (Hopcroft et al., 2010;
Kosobokova, Hopcroft, 2010) (Табл. 8).
Таблица 8. Канадская Арктика. Вклад доминирующих видов (5%, жирный шрифт на сером фоне) в общую биомассу зоопланктона на шельфе Чукотского моря, в области континентального склона и в глубоководных бассейнах Макарова и Канадском.
Шельф, 100 м Склон, 100-1000 м Бассейны, 1000 м Pseudocalanus spp. 0.02 ± 0.009 0.02 ± 0. 18.9 ± 18. 0 Меропланктон 7.4 ± 6. 0 Calanus marshallae 12.7 ± 16. 0.001 9.9 ± 7. C. glacialis 8.4 ± 2. C. hyperboreus 28.6 ± 5.5 27.0 ± 3. 0 0 C. finmarchicus 0.4 ± 0.3 0.1 ± 0. Sagitta elegans 9.7 ± 11. 0. Eukrohnia hamata 7.7 ± 10.9 13.2 ± 4. 0 9.0 ± 2. Metridia longa 5.9 ± 1. От шельфа в океан наблюдалось резкое снижение роли неритических. Pseudocalanus spp. и меропланктона, смена доминирующих видов р. Calanus (Calanus marshallae замещался на C. glacialis и C. hyperboreus) и замещение щетинкочелюстных S. elegans на E. hamata. Как и в Евразийской Арктике, к числу доминант добавлялась M. longa (Табл. 8). Состав видов, доминирующих по биомассе в глубоководных Евразийском и Канадском бассейнах оказался очень близок, за одним существенным исключением. В первом ключевыми компонентами биомассы являются три представителя крупных копепод р. Calanus (Calanus hyperboreus, C. glacialis и C. finmarchicus), во втором из этого списка полностью выпадает C. finmarchicus.
Более детальное рассмотрение вклада представителей р. Calanus в биомассу в разных районах Арктического бассейна показывает, что каждый из трех видов характеризуется приуроченностью к определенному району и диапазону глубин. Самый крупный вид, C. hyperboreus, наиболее обилен в океанических районах, где его вклад достигал 30-60%. В районе склона его доля снижалась до 10-25%, а на шельфовых станциях не превышала 5-6% (Рис. 7).
Рис. 7. Доля трех видов р. Calanus (C. finmarchicus, C. glacialis, C. hyperboreus) в суммарной биомассе зоопланктона на разрезах W, W1, A, D, E, F, M от шельфа в океан и в бассейнах севернее 85с.ш. (разрезы K, L).
Область максимального (до 70% суммарной биомассы) вклада C. glacialis, совпадала с частью шельфовой зоны с глубинами 50 м и районами над континентальным склоном. Над океаническими глубинами южнее 82с.ш он составлял до 35-40%, а в покрытых многолетним льдом районах севернее 86с.ш. не более 22%.
Максимальный вклад атлантического C. finmarchicus, до 50-60%, наблюдался в области континентального склона Евразии к северу от Баренцева моря. На более восточных разрезах его вклад был значительно ниже. На северо-восточном склоне моря Лаптевых он не превышал уже 10% суммарной биомассы. В Канадском бассейне вид почти полностью отсутствовал (Рис. 7).
ГЛАВА 6. ЭКОЛОГИЯ И ОСОБЕННОСТИ ВОСПРОИЗВОДСТВА МАССОВЫХ ВИДОВ ЗООПЛАНКТОНА В Главе рассматривается структура популяций, сезонные изменения вертикального распределения, особенности размножения и жизненных стратегий видов зоопланктона, доминирующих в Арктическом бассейне по биомассе (копепод Calanus hyperboreus, C.
glacialis, C. finmarchicus, Metridia longa и щетинкочелюстных Eukrohnia hamata) и численности (копепод Oithona similis, Microcalanus pygmaeus и Triconia (=Oncaea) borealis) на глубинах до 1000 м, а также массовых мезо- и батипелагических видов копепод, играющих существенную роль в глубинных сообществах Арктического бассейна.
Фитофаг-фильтратор Calanus hyperboreus является видом номер один с точки зрения его роли в суммарной биомассе зоопланктона. Возможность поддержания самостоятельной популяции вида в Арктическом бассейне, районе с крайне низкой первичной продукцией, ранее неоднократно подвергалась сомнению (Dawson, 1978;
Rudyakov, 1983;
Olli et al., 2007). Наш анализ круглогодичных сборов дрейфующих станций СП-4, СП-22 и СП-23 (Гейнрих и др. 1980;
Кособокова, 1981) и многочисленных летних коллекций из Евразийского и Канадского бассейнов опроверг эти сомнения и показал, что размножение C. hyperboreus проходит в Арктическом бассейне вполне успешно. Младшие I и II копеподитные стадии были найдены нами за пределом шельфовой зоны повсеместно. Судя по сезонной динамике возрастного состава, в течение первого в своей жизни вегетационного сезона новая генерация C.
hyperboreus достигает II-III копеподитных стадий (Kosobokova, Hirche, 2000), приостанавливая развитие в конце лета. Более старшие копеподитные стадии присутствуют в популяции круглогодичнол. Полная продолжительность жизненного цикла, по всей видимости, составляет не менее 3 лет, как в Гренландском море, где динамика возрастного состава сходна (Hirche, 1997).
Изучение изменений вертикального распределения C. hyperboreus в течение года по данным станций СП показало наличие у него сезонных вертикальных миграций, охватывающих слой вод от поверхности до глубин более 1500 м (Гейнрих и др. 1980, Кособокова, 1981). Миграции сводятся к подъему популяции в поверхностные слои весной на короткий (2-3 месяца) период и последующему опусканию на глубины.
Таким образом, основную часть года этот преимущественный фитофаг проводит в условиях почти полного отсутствия своей основной пищи, что становится возможным, благодаря его способности накапливать запасные вещества (липиды) в благоприятный период (Lee, 1974;
Кособокова, 1982;
Conover and Huntley, 1991;
Pasternak et al., 2001;
Asjian et al., 2003;
Arashkevich et al., 2004) и наличию диапаузы (Conover, 1988, Hirche, 1997). Накопление липидов происходит в течение короткого летнего периода, и скорость их аккумуляции исключительно велика (Pasternak et al., 2001). В состоянии диапаузы животные прекращают питаться, расти и линять, у них снижается двигательная активность, падает активность пищеварительных ферментов и скорость таких обменных процессов как дыхание и экскреция (Conover, 1962;
Conover, Corner, 1968;
Hallberg, Hirche, 1982;
Auel et al., 2003). В конце зимы самки C. hyperboreus формируют яйца за счет резервных липидов и размножаются на глубинах, не питаясь (Hirche, Niehoff, 1996;
Hirche 1997;
Ota et al., 2007). Откладываемые яйца обладают запасами восковых эфиров, достаточными для того, чтобы первые науплиальные стадии могли расти и развиваться, также не питаясь, до начала периода вегетации.
Calanus glacialis. В отличие от океанического C. hyperboreus, фитофаг-фильтратор C. glacialis является видом неритическим, предпочитающим шельфовые районы с глубинами 50 м и область континентального склона (Рис.7). Самки размножаются в этих районах у поверхности, начиная нерест еще до схода ледового покрова (Smith, 1990;
Kosobokova, Hirche, 2001;
Hirche, Kosobokova, 2003;
Niehoff, Hirche, 2005;
Hirche et al., 2006). I-II копеподиты появляются с июня. При наличии ледовых водорослей или фитопланктона нерест может длиться 2-3 месяца. В первый в своей жизни сезон вегетации молодь достигает III-IV стадии, в августе-сентябре наступает диапауза, после которой развитие возобновляется лишь следующей весной. В период размножения и появления особей новой генерации в популяции многочисленны IV и V стадии, не достигшие взрослого состояния. Даже если бы они могли перейти во взрослых в начале лета, имея возраст 1 год, полное отсутствие в это время самцов, которые вообще очень малочисленны и встречаются преимущественно осенью, зимой и весной до начала размножения, исключает возможность размножения. Изучение сезонной динамики созревания гонад V стадии показывает, что переход перезимовавших старших копеподитов во взрослое состояние происходит во второй год жизни с осени до весны, после откорма в течение еще одного вегетационного сезона, и цикл завершается в возрасте 2-х лет (Кособокова, 1998;
Kosobokova, 1999).
Глубина обитания популяции C. glacialis в Арктическом бассейне, как и у C.
hyperboreus, изменяется в ходе сезонных и онтогенетических миграций (Гейнрих и др.
1980;
Кособокова, 1981). Сезонные миграции имеют меньшую протяженность, чем у C.
hyperboreus, и охватывают глубины до 400-500 м. Как и для C. hyperboreus, для C.
glacialis характерна концентрация всех возрастных стадий в поверхностном слое арктической весной и летом. В августе-сентябре популяция опускается на глубины 200 300 м, и до февраля глубины обитания остаются практически неизменными. Глубже всего рачки держатся с марта до мая (Кособокова, 1981).
Как и другие виды калянуса, C. glacialis обладает способностью запасать резервные липиды и характеризуется наличием диапаузы (Кособокова, 1982;
Арашкевич, Кособокова, 1988;
Smith, 1990;
Conover, Siferd, 1993;
Hirche et al., 1994;
Kosobokova, Hirche, 2001). Репродуктивная стратегия вида сочетает возможность нереста в отсутствии или при исключительно низких концентрациях растительной пищи в начале сезона размножения с необходимостью ее использования для поддержания высокого уровня продукции яиц в течение последующего нереста (Kosobokova, Hirche, 2001;
Hirche, Kosobokova, 2003;
Pasternak, 2009). По нашим наблюдениям, в начале нереста самки могут откладывать большие кладки (до 80 яиц) даже в отсутствии водорослей и продолжать нерест с низкой интенсивностью в условиях голодания до 25-30 дней (Kosobokova, Hirche, 2001). Способность начать откладку яиц накануне цветения при часто неожиданном изменении ледовых условий и краткосрочных мозаичных вспышках фитопланктона дает молоди вида серьезные преимущества, так как увеличиваются ее шансы достичь питающихся стадий к моменту наступления цветения.
Однако внутренние ресурсы самок ограничены, поэтому готовность быстро перейти на внешний источник пищи и использовать его для дальнейшего формирования половых продуктов дает C. glacialis более широкие возможности для производства обильного потомства. Переход на внутренние резервы в середине и конце нереста, судя по результатам наших экспериментов по голоданию (Kosobokova, Hirche, 2001), невозможен. За ним неизбежно следует снижение размера кладок и полное прекращение откладки яиц, которая, однако, может возобновиться при повторном появлении внешнего источника пищи.
В целом, подтверждением автохтонности C. glacialis в Арктическом бассейне является его высокая репродуктивная активность (Кособокова, 1994;
Kosobokova, Hirche, 2001), обилие молоди в летний период (Ashjian et al., 2003), а также массовость популяции по всей акватории бассейна. Наиболее активное размножение вида обычно происходит вблизи кромки льда и в недавно освободившихся ото льда районах, где размер кладок колеблется от 30 до 80 яиц на самку, а средняя величина продукции яиц в популяции составляет от 23 до 59.8 яиц самку-1сут-1 (Kosobokova, Hirche, 2001).
Calanus finmarchicus. Во всех районах Арктического бассейна, где присутствовал этот бореальный фитофаг, его популяция была представлена стадиями не моложе III-й копеподитной. Результаты экспериментов по откладке яиц (Кособокова 1994;
Kosobokova et al., 1998;
Hirche, Kosobokova, 2003, 2007) не дали положительных результатов. Исследование состояния гонад взрослых самок в тех же районах где родственный C. glacialis активно размножался, показало, что гонады самок C.
finmarchicus были либо незрелыми, либо находились на разных стадиях деградации (Кособокова, 1994). Причины, по которым нерест C. finmarchicus прекращается после попадания животных в арктические воды, до конца не ясны (Hirche, Kosobokova, 2007).
В качестве негативно влияющих факторов обычно рассматривают отрицательную температуру и неблагоприятные пищевые условия. Однако собственные наблюдения в Гренландском и Баренцевом море при разных температурах и условиях питания показали, что сама по себе отрицательная температура не останавливала нерест C.
finmarchicus при условии, что пища оставалась доступной (Hirche, Kosobokova, 2007).
Неспособность C. finmarchicus размножаться в арктических водах ставит его особняком от двух других видов этого рода и, несмотря на его массовость в отдельных, особенно присклоновых, районах западного бассейна Нансена, требует отнесения его к аллохтонным элементам фауны.
Характер распределения C. finmarchicus по акватории Арктического бассейна, описанный в предыдущей главе, и особенно его отсутствие в Канадском бассейне (Рис.
7), является следствием его неспособности размножаться в арктических водах. Широта распространения C. finmarchicus в Арктическом бассейне определяется возрастом особей, попадающих в Арктику, продолжительностью их жизни, условиями питания, смертностью в результате естественных причин, выедания хищниками и скоростью перемещения популяции течениями. Показательно, что по мере продвижения на восток с Атлантическим краевым течением популяция C. finmarchicus становится все «старше», поскольку развитие особей продолжается, а пополнения молодью не происходит. Особей C. finmarchicus V-VI стадий находят в Арктическом бассейне вплоть до 150°в.д. и Северного Полюса (Thibault et al., 1996;
Kosobokova, Hirche, 2009), куда, как уже говорилось, атлантические воды добираются от пролива Фрама не менее, чем за 3 года (Трешников, 1985). Трудно представить, что животные с типично годовым циклом развития (Conover, 1988), могут прожить столь долгий срок. Характер распространения C. finmarchicus в Арктическом бассейне представляется парадоксальным с точки зрения известных на сегодня скоростей распространения атлантических вод (Ашик, 2010) и годовой продолжительности его жизненного цикла.
Лежащие в его основе механизмы требуют дальнейших исследований.
Сведения о сезонных изменениях вертикального распределения C. finmarchicus в Арктическом бассейне отсутствуют из-за отсутствия сезонных сборов планктона в районах его встречаемости в Евразийской Арктике. Наши данные показывают лишь, что в летний период C. finmarchicus встречается от поверхности до 1000 м и концентрируется преимущественно в поверхностном слое 0-25(50) м.
Metridia longa. Возрастной состав популяции копеподы M. longa в Арктическом бассейне характеризуется большой пестротой. В течение всего года в ней присутствуют старшие копеподитные стадии IV -V, взрослые самки и самцы. Младшие копеподиты I II появляются с июля, и период их присутствия может покрывать от полугода до месяцев, свидетельствуя о растянутом нересте. Период массового появления молоди не синхронизирован с периодом вегетации, т.к. M. longa является всеядным видом, потребляющим фитопланктон, когда он обилен, и переходящим на микрозоопланктон при отсутствии растительной пищи (Haq, 1967;
Grnvik, Hopkins, 1984;
Sell et al., 2001).
Продолжительность жизненного цикла M. longa предположительно составляет около года (Кособокова, 1981), и в ее цикле отсутствует типичная для калянусов приостановка в развитии.
Сведения об успешном размножении M. longa в арктических водах получены нами в ходе экспериментальных наблюдений и в Евразийском, и в Канадском бассейне, что подтверждает автохтонный характер популяции (Кособокова, 1994;
Kosobokova, Hopcroft, 2008). Откладка яиц наблюдалась с июля, размер разовых кладок при температуре -0.5 - +0.5С колебался от 55 до 108 яиц (среднее 83.9 ± 4.9 яиц самку-1), а средняя интенсивность продукции яиц популяцией составляла 5.4 ± 1.3 яиц самку-1 сут- (Kosobokova, Hopcroft, 2008). Судя по глубине встречаемости яиц и ранних науплиев, размножение происходит в подповерхностных слоях на глубинах 50-200 м.
Как и другие представители рода, M. longa является активным мигрантом, совершающим сезонные, онтогенетические (Гейнрих и др., 1980;
Ashjian et al., 2003) и суточные вертикальные миграции (Богоров, 1946;
Перцова, 1974;
Hopkins, Gulliksen, 1978;
Кособокова, 1978;
Hopkins, Evans, 1979). В отличие от калянусов, M. longa в Арктическом бассейне поднимается ближе к поверхности в осенние месяцы (сентябрь – октябрь), концентрируется в верхних слоях в течение зимы и держится на глубинах 100-500 м с апреля по август. Распределение разных возрастных стадий различается (Гейнрих и др., 1980;
Кособокова, 1981). Младшие стадии I-II держатся в среднем глубже (от 100 до 300 м) и мигрируют меньше (140-160 м), чем старшие (200-600 м).
Eukrohnia hamata – широко распространенный хищный вид щетинкочелюстных, встречающийся за пределом шельфа. В летний период в Арктическом бассейне в популяции E. hamata присутствуют животные размером от 2 до 41 мм, около 50% которых составляют новорожденные и очень мелкие (2-5 мм) особи. На долю половозрелых животных (обычно длина тела 24 мм) приходится менее 5% общей численности популяции (Kosobokova, Hopcroft, 2007).
Летом популяция населяет глубины от поверхности до 750 (1000) м. Максимальная численность наблюдается между 200 и 300 м, где концентрируется большинство ювенильных особей. Вертикальное распределение разных размерных групп свидетельствует о протяженных онтогенетических миграциях. Судя по глубинам обитания половозрелых животных и новорожденной молоди, размножение происходит на глубинах 300-750 м. Подрастающая молодь поднимается в поверхностные слои и концентрируется на глубине 25-50 м. За подъемом следует опускание, созревание особей и их размножение на глубинах.