Войти
Сообщество морских ледяных водорослей Ледяные водоросли относятся к любому из различные типы сообществ водорослей, встречающиеся в однолетних и многолетних морских или наземных льдах. На морском льду в полярных океанах сообщества ледяных водорослей играют важную роль в первичной продукции. Сроки цветения водорослей особенно важны для поддержания более высоких трофических уровней во времена года, когда мало света и все еще существует ледяной покров. Сообщества водорослей морского льда в основном сконцентрированы в нижнем слое льда, но могут также встречаться в каналах соляных вод внутри льда, в талых прудах и на поверхности.
Поскольку наземные ледяные водоросли встречаются в пресноводных системах, видовой состав сильно отличается от такового у морских ледяных водорослей. Эти сообщества важны тем, что они часто меняют цвет ледников и ледяных щитов, влияя на отражательную способность самого льда.
Морской карман, заполненный пеннатными диатомовыми водорослями Микробная жизнь в морском льду чрезвычайно разнообразна, и включает многочисленные водоросли, бактерии и простейшие. В частности, водоросли доминируют в симпатической среде: по оценкам, более 1000 одноклеточных эукариот связаны с морским льдом в Арктике. Состав и разнообразие видов зависят от местоположения, типа льда и освещенности. В целом пеннатные диатомеи, такие как Nitschia frigida (в Арктике) и Fragilariopsis cylindrus (в Антарктике), многочисленны. Melosira arctica, которая образует волокна длиной до метров, прикрепленные ко дну льда, также широко распространена в Арктике и является важным источником пищи для морских видов.
В то время как сообщества морских ледяных водорослей встречаются повсюду в Толщина морского льда, численность и состав сообщества зависят от времени года. Водорослям на морском льду и внутри него доступно множество микроместо обитания, и разные группы водорослей имеют разные предпочтения. Например, поздней зимой / ранней весной было обнаружено, что подвижные диатомовые водоросли, такие как N. frigida, доминируют в самых верхних слоях льда, доходит до соленых каналов, и их численность больше в многолетнем льду (MYI), чем в однолетний лед (FYI). Кроме того, было обнаружено, что динофлагелляты преобладают ранней южной весной в морском льду Антарктики.
Сообщества водорослей морского льда также могут процветать на поверхности льда, в поверхностных талых прудах, и в слоях, где сплав произошел. В плавильных прудах преобладающие типы водорослей могут варьироваться в зависимости от солености пруда, при этом более высокие концентрации диатомовых водорослей обнаруживаются в талых прудах с более высокой соленостью. Из-за их адаптации к условиям низкой освещенности присутствие ледяных водорослей (в частности, вертикальное положение в пакете льда) в первую очередь ограничивается доступностью питательных веществ. Самые высокие концентрации обнаруживаются у основания льда, поскольку пористость этого льда позволяет питательным веществам проникать из морской воды.
Чтобы выжить в суровых условиях морского льда, организмы должны быть в состоянии выдерживать экстремальные колебания солености и температуры., и солнечная радиация. Водоросли, живущие в солевых каналах, могут секретировать осмолиты, такие как диметилсульфониопропионат (DMSP), что позволяет им выжить в условиях высокой солености в каналах после образования льда зимой, а также в условиях низкой соленость, когда относительно пресная талая вода промывает каналы весной и летом.
Снег на поверхности снижает доступность света в определенных областях и, таким образом, снижает способность водорослей к росту Некоторые виды морских ледяных водорослей выделяют связывающие лед белки (IBP) в виде студенистого внеклеточного полимерного вещества ( EPS) для защиты клеточных мембран от повреждений в результате роста кристаллов льда и циклов замораживания-оттаивания. EPS изменяет микроструктуру льда и создает дополнительную среду обитания для будущего цветения. Водоросли, обитающие на поверхности, производят специальные пигменты, предотвращающие повреждение от резкого ультрафиолетового излучения. Более высокие концентрации пигментов ксантофилла действуют как солнцезащитный крем, который защищает ледяные водоросли от фотоповреждения, когда они подвергаются разрушающему уровню ультрафиолетового излучения при переходе от льда к столбу воды весной. Сообщается, что водоросли под толстым льдом демонстрируют одну из самых экстремальных адаптаций к низкой освещенности, когда-либо наблюдавшихся. Чрезвычайная эффективность использования света позволяет морским ледяным водорослям быстро накапливать биомассу, когда световые условия улучшаются в начале весны.
Ледяные водоросли играют важную роль в первичных и служат частью основы полярной пищевой сети, превращая углекислый газ и неорганические питательные вещества в кислород и органические вещества посредством фотосинтеза в верхних слоях океана как в Арктике, так и в Антарктике. В пределах Арктики оценки вклада морских ледяных водорослей в общую первичную продукцию колеблются от 3-25% до 50-57% в высокогорных районах Арктики. Морские ледяные водоросли быстро накапливают биомассу, часто в основании морского льда, и растут, образуя водорослевые маты, которые потребляются амфиподами, такими как криль и веслоногие рачки. В конечном итоге эти организмы поедаются рыбами, китами, пингвинами и дельфинами. Когда сообщества морских ледяных водорослей отделяются от морского льда, их поедают пелагические травоядные, такие как зоопланктон, когда они тонут в толще воды, и бентические беспозвоночные, когда они поселяются на морском дне. Морские ледяные водоросли в пищу богаты полиненасыщенными и другими незаменимыми жирными кислотами и являются исключительным продуцентом некоторых незаменимых жирных кислот омега-3, важных для веслоногих яйценоскость, вылупление яиц, рост и функции зоопланктона.
Нижняя поверхность пакового льда в Антарктиде окрашена в зеленый цвет - антарктический криль соскабливает ледяные водоросли Время цветения морских ледяных водорослей оказывает существенное влияние на всю экосистему. Начало цветения в первую очередь контролируется возвращением солнца весной (т. Е. Солнечным углом). Из-за этого цветение ледяных водорослей обычно происходит до цветения пелагического фитопланктона, что требует более высокого уровня освещенности и более теплой воды. В начале сезона, до таяния льда, морские ледяные водоросли являются важным источником пищи для более высоких трофических уровней. Однако общий процент, который водоросли морского льда вносят в первичную продукцию данной экосистемы, сильно зависит от степени ледяного покрова. Толщина снега на морском льду также влияет на время и размер цветения ледяных водорослей, изменяя светопропускание. Эта чувствительность к льду и снежному покрову может вызвать несоответствие между хищниками и их источником пищи, морскими ледяными водорослями, в экосистеме. Это так называемое соответствие / несоответствие применялось к множеству систем. Примеры были замечены во взаимосвязи между видами зоопланктона, которые полагаются на морские ледяные водоросли и фитопланктон в качестве пищи, и молодью минтая в Беринговом море.
Считается, что цветение морских ледяных водорослей начинает свой годовой цикл несколькими способами, и гипотезы об этом варьируются в зависимости от глубины водного столба, морского ледникового периода и таксономической группы. Там, где морской лед покрывает глубокий океан, предполагается, что клетки, застрявшие в многолетних карманах ледяной рассолы, повторно соединяются с водным слоем ниже и быстро колонизируют близлежащие льды всех возрастов. Это известно как гипотеза о многолетнем хранилище морского льда. Этот источник посева был продемонстрирован у диатомовых водорослей, которые доминируют симпагические цветы. Было показано, что другие группы, такие как динофлагелляты, которые также цветут весной / летом, поддерживают низкое количество клеток в самой толще воды и не зимуют в основном во льду. Там, где морской лед покрывает более мелкий океан, может происходить повторное взвешивание клеток из отложений.
Изменение климата и потепление в арктических и антарктических регионах могут значительно изменить функционирование экосистемы. Ожидается, что уменьшение ледяного покрова в полярных регионах уменьшит относительную долю производства морских ледяных водорослей по сравнению с показателями годовой первичной продукции. Утончение льда позволяет увеличить продуктивность в начале сезона, но раннее таяние льда сокращает общий вегетационный период морских ледяных водорослей. Это таяние также способствует стратификации водной толщи, которая изменяет доступность питательных веществ для роста водорослей за счет уменьшения глубины поверхностного смешанного слоя и предотвращения подъема питательных веществ из глубинных вод. Ожидается, что это вызовет общий сдвиг в сторону производства пелагического фитопланктона. Изменения в объеме многолетнего льда также окажут влияние на функцию экосистемы с точки зрения корректировки источника засева цветения. Уменьшение MYI, временного рефугиума, в частности, для диатомовых водорослей, вероятно, изменит состав симпатического сообщества, что приведет к инициализации цветения, которое происходит от видов, которые вместо этого зимуют в толще воды или отложениях.
Потому что морские ледяные водоросли часто являются основы пищевой сети, эти изменения имеют значение для видов более высоких трофических уровней. Циклы воспроизводства и миграции многих полярных основных потребителей совпадают с цветением морских ледяных водорослей, а это означает, что изменение времени или места первичной продукции может изменить распределение популяций добычи, необходимое для основных ключевых видов.. Сроки производства также могут быть изменены из-за таяния поверхностных водоемов с таянием морской воды внизу, что может изменить среду обитания морских ледяных водорослей в конце вегетационного периода таким образом, чтобы повлиять на пастбищные сообщества по мере приближения к зиме.
Производство DMSP морскими ледяными водорослями также играет важную роль в углеродном цикле. ДМСП окисляется другим планктоном до диметилсульфида (ДМС), соединения, которое связано с образованием облаков. Поскольку облака влияют на осадки и количество солнечной радиации, отраженной обратно в космос (альбедо ), этот процесс может создать петлю положительной обратной связи. Облачный покров увеличит инсоляцию, отраженную обратно в космос атмосферой, потенциально помогая охлаждать планету и поддерживать больше полярных местообитаний для морских ледяных водорослей. В 1987 году исследования показали, что для противодействия потеплению из-за повышения концентрации CO 2 в атмосфере потребуется удвоение ядер облачной конденсации, одним из которых является DMS.
Морской лед играет важную роль в глобальном климате. Спутниковые наблюдения за протяженностью морского льда датируются только концом 1970-х годов, а записи долгосрочных наблюдений носят спорадический характер и не имеют достоверной достоверности. В то время как земной лед палеоклиматология может быть измерена непосредственно через ледяные керны, исторические модели морского льда должны полагаться на прокси.
Организмы, обитающие на морском льду, со временем отделяются ото льда и падают через толщу воды, особенно когда морской лед тает. Часть материала, который достигает морского дна, закапывается до того, как он будет потреблен, и, таким образом, сохраняется в осадочных записях.
Существует ряд организмов, значение которых в качестве косвенных индикаторов наличия морского льда было исследовано, в том числе отдельные виды диатомовых водорослей, цисты динофлагеллат, остракоды и фораминиферы. Вариация изотопов углерода и кислорода в керне отложений также может использоваться для заключения о протяженности морского льда. У каждого прокси есть свои преимущества и недостатки; например, некоторые виды диатомовых водорослей, которые являются уникальными для морского льда, очень многочисленны в отчетах об отложениях, однако эффективность сохранения может варьироваться.
Водоросли также встречаются на наземных ледяных щитах и ледники. Виды, встречающиеся в этих средах обитания, отличаются от видов, связанных с морским льдом, потому что это пресноводная система. Даже в пределах этих местообитаний существует большое разнообразие типов местообитаний и сообществ водорослей. Например, криосостояния встречаются на поверхности ледников, где в течение дня периодически тает снег. Были проведены исследования ледников и ледяных щитов по всему миру, и было идентифицировано несколько видов. Однако, хотя, кажется, существует широкий спектр видов, они не были обнаружены в равных количествах. Наиболее многочисленными видами, обнаруженными на различных ледниках, являются Ancyonema nordenskioldii и Chlamydomonas nivalis.
Таблица 1. Видовой состав водорослей в ходе исследований ледников и ледникового покрова
| Род | Виды | Источник | |
| Мезотений | bregrenii | ||
| Ancylonema | nordenskioldii | ||
| Cylindrocystis | brebissonii | ||
| Chlamydomonas | nivalis | ||
| Phromidemis | priestleyi | ||
| Oscillatoriaceae | cyanobacterium | ||
| Chlorooceae | cyanobacterium | ||
| Chroococcaceae | cyanobacterium | ||
| Chloroplastida | |||
| Chloromonas | polypteray <472 | alpina | |
| Chlamydomonas | tughillensis |
Скорость таяния ледников зависит от поверхности альбедо. Недавние исследования показали, что рост водорослей приводит к затемнению местных условий на поверхности, уменьшению альбедо и, таким образом, к увеличению скорости таяния на этих поверхностях. Таяние ледников и ледовых щитов напрямую связано с повышением уровня моря. Второй по величине ледяной щит - ледяной щит Гренландии, который отступает с угрожающей скоростью. Повышение уровня моря приведет к увеличению как частоты, так и интенсивности штормов.
При длительных ледяных покровах и снежных покровах наземные ледяные водоросли часто окрашивают лед из-за дополнительных пигментов, широко известных как "" арбузный снег ". Темные пигменты в структуре водорослей увеличивают поглощение солнечного света, что приводит к увеличению скорости таяния. Было показано, что цветение водорослей появляется на ледниках и ледяных щитах после того, как снег начинает таять, что происходит, когда температура воздуха превышает точку замерзания в течение нескольких дней. Обилие водорослей меняется в зависимости от сезона, а также пространственно на ледниках. Их численность наиболее высока в период таяния ледников в летние месяцы. Изменение климата влияет как на начало сезона таяния, так и на продолжительность этого периода, что приведет к увеличению роста водорослей.
Когда лед / снег начинают таять, площадь ледяного покрова уменьшается, что означает, что обнажается более высокая часть суши. Земля подо льдом имеет более высокий коэффициент поглощения солнечной энергии из-за того, что она менее отражающая и более темная. Тающий снег также имеет более низкое альбедо, чем сухой снег или лед из-за его оптических свойств, поэтому, когда снег начинает таять, альбедо уменьшается, что приводит к большему таянию снега, и петля продолжается. Эта петля обратной связи называется петлей обратной связи Альбедо льда. Это может резко повлиять на количество таяния снега каждый сезон. Водоросли играют роль в этой петле обратной связи, снижая уровень альбедо снега / льда. Этот рост водорослей был изучен, но его точное влияние на уменьшение альбедо до сих пор неизвестно.
В рамках проекта Black and Bloom проводится исследование, чтобы определить количество водорослей, способствующих потемнению ледяного щита Гренландии, а также влияние водорослей на скорость таяния ледяных щитов. Важно понимать, в какой степени водоросли изменяют альбедо ледников и ледяных щитов. Как только это станет известно, его следует включить в глобальные климатические модели, а затем использовать для прогнозирования повышения уровня моря.
