Transcript КАЧЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ ЗООПЛАНКТОНА В ЭПИПЕЛАГИАЛИ
Slide 1
КАЧЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ ЗООПЛАНКТОНА В ЭПИПЕЛАГИАЛИ
АТЛАНТИЧЕСКОГО СЕКТОРА ЮЖНОГО ОКЕАНА
Ступникова А.Н.
Верещака А.Л.
Гагарин В.И.
Кулагин Д.Н.
Лунина А.А.
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН
Лаб. структуры и динамики планктонных сообществ
2011
Slide 2
СТРУКТУРА АНТАРКТИЧЕСКОГО ЦИРКУМПОЛЯРНОГО
ТЕЧЕНИЯ
Изменение температуры в
Южном Океане
Grant et al., 2006
1
Slide 3
СТРУКТУРА АНТАРКТИЧЕСКОГО ЦИРКУМПОЛЯРНОГО ТЕЧЕНИЯ
САФ
САФ – Субантарктический фронт
ПФ – Полярный фронт
ЮФАЦТ – Южный фронт АЦТ
ЮГАЦТ – Южная граница АЦТ
ПФ
[Orsi et al., 1995]
по Orsi et al., 1995
ЮФАЦТ
ЮГАЦТ
Динамический фронт – струя течения, которая определяет
резкие градиенты свойств среды (САФ, ПФ, ЮФАЦТ)
2
Slide 4
Район исследования
Африка
Восточный
разрез
Южная Америка
Западный
разрез
Пролив Дрейка
Антарктический п-ов
30°
ю.ш.
Ю жная Америка
35°
Африка
СТФ
40°
САФ
45°
САЗ
Разрез SR-2
ПФЗ
ПФ
50°
31-й
рейс
НИС «Академик фронт,
Сергей Вавилов»
СТФ
– Субтропический
САФ – Субантарктический фронт,
ПФ – Полярный фронт,
САЗ – Субантарктическая зона,
ПФЗ – Полярная фронтальная зона,
АЗ – Антарктическая зона.
Фолклендские о-ва
АЗ
55°
60°
65°
про
ли
Разрез Дрейк
ка
рей
вД
Ю Г АЦТ
Антарктический п-ов
70°
70° з.д. 60°
50°
40°
30°
20°
10°
0°
10° в.д. 20°
3
Slide 5
Почему биомасса в мл? Экспресс-метод оценки
общей биомассы зоопланктона
Обработка одной
пробы в
лаборатории:
3
Б и о м а с с а /м = 0 .0 0 7 2 8 + 0 .0 0 1 2 4 * Т о т а л ь н а я б и о м а с с а
К о р р е л яц и я: r = 0 .9 0 0 9 0
0 .1 2
2 рабочих дня
20 мин
3
0 .1 0
Би о м а с с а /м
Оценка биомассы на
судне с помощью
волюминометра
Яшнова:
Число наблюдений: 84
Коэффициент корреляции 0.9
0 .0 8
0 .0 6
0 .0 4
0 .0 2
9 5 % д о ве р и т е л ь н ы й и н т е р ва л
0
10
20
30
40
50
60
70
Т о та льн ая биомасса
4
Slide 6
Западный разрез
Восточный разрез
Распределение биомассы зоопланктона (мл*10/м2) в слое 0-300 м
-значения биомассы,
- T °С пов. воды,
- расположение фронтов
БФ – Бенгельский фронт,
СТФ/ССАФ – Северная струя
Субантарктического фронта слита
с Субтропическим фронтом,
СрСАФ – Средняя струя
Субантарктического фронта,
ЮСАФ – Южная струя
Субантарктического фронта,
ЮПФ – Южный Полярный фронт,
все три струи слиты вместе,
ЮФ – Южный фронт,
ЮГ – Южная граница АЦТ,
УФ – фронт моря Уэддэла.
Slide 7
(мл/м3)
Пятнистость распределения общей биомассы
зоопланктона
4.0
Восточный разрез
3.5
ЮГ
АЦТ
ПФ
ЮФ
ЮСАФ
СрСАФ
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
-57
-56
-55
-54
N
-53
-52
-51
-50
-49
-48
-47
-46
-45
-44
- средняя
-43
-42
-41
-40
ю.ш.
биомасса
- стандартное отклонение
Slide 8
Пределы распространения видов зоопланктона
АЗ ПФ ПФЗ
зависят от сезона
весна
(октябрь 2010 г.)
Calanoides acutus
Radiolaria
Calanus propinquus
Rhincalanus gigas
Calanus simillimus
Foraminifera
Scolecitricella minor
Ctenocalanus citer
Metridia lucens
Neocalanus tonsus
Appendicularia
Salpa
Цветение
АЗ
вихри
лето
(декабрь 2009 г.)
САЗ СТЗ
ПФ ПФЗ
САЗ
Calanoides acutus
Radiolaria
Calanus propinquus
Rhincalanus gigas
Calanus simillimus
Foraminifera
Scolecitricella minor
Ctenocalanus citer
Eukrohnia hamata
Metridia lucens
Neocalanus tonsus
Appendicularia
Salpa
Цветение
S
N
5
Slide 9
Пределы распространения видов зоопланктона
разные на восточном и западном разрезах
восточный разрез
западный разрез (пролив Дрейка)
S
Антарктическая
зона
Зона полярного
фронта
Полярная
фронтальная зона
N
Eukrohnia hamata
Pseudosagitta gazellae
Pseudosagitta maxima
Solidosagitta marri
Eukrohnia bathypelagica
Южный фронт
(Кулагин, 2011)
Градиентные зоны не ограничивают географическое распространение трех
обычных для эпипелагиали видов хетогнат.
Мезо- и батипелагические виды (Solidosagitta marri и Eukrohnia bathypelagica)
отмечались в поверхностных водах только к югу от Полярного фронта.
6
Slide 10
-7 0
-6 6
-6 2
-5 8
-5 4
ОГНЕННАЯ ЗЕМЛЯ
-5 0
-5 4
-5 6
ПРОЛИВ ДРЕЙКА
Полярный фронт
Влияние на состав зоопланктона –
таксономический состав не меняется
-5 8
мг/м2
САПФ
-6 0
ЮЖНЫЕ
ШЕТЛАНДСКИЕ
ОСТРОВА
АПФ
-5 8
-6 2
ПФЗ
45
-6 4
ЮАПФ
-5 8 .5
Распределение
биомассы
ПФ
мезопланктона (мг/м2)
-5 9
в проливе Дрейка
весной 2008 г (25-й
АЗ
рейс НИС «Академик
Calanus simillimus
Сергей Вавилов»).
Calanoides acutus
Красные линии – -5 9 .5
Rhincalanus gigas
границы Полярного
Остальной мезопланктон
фронта.
-6 3
-6 2
-6 1
30
15
0
-6 0
-5 9 з.д.
7
Slide 11
2. Влияние на структуру сообщества
Полярный фронт
Анализ сходства сообществ зоопланктона в районе Полярного фронта
в проливе Дрейка (весна, 2008 г.)
Расчет и анализ сходства проб
ординация методом многомерного шкалирования (MDS)
индекс сходства Брэя–Кёртиса на основании данных по численности видов в
сообществе
PRIMER 5 (Clarke K.R., Warwick R.M., 2001)
Зона контакта
двух сообществ
Standardise Samples by Total
Transf orm: Log(X+1)
Resemblance: S17 Bray Curtis similarity
2D Stress: 0,15
2112
2092
2119
2093
2077
2123
2109
2114
2064
2062
2075
2087
2086
2080
2079
2102
2070
2066
2069 2061
2084
2081
2060
2083
2073
2120
2117
2116
2118
2101
2106
2095
2098
2090
2089
2078
2111
2122
2108
2096
2072
2099
8
Slide 12
Standardise Samples by Total
Анализ сходства сообществ
зоопланктона в районе Полярного фронта
Transform: Log(X+1)
Resemblance:
S17 Bray Curtis
similarity
в проливе
Дрейка
(весна, 2008 г.)
2D Stress: 0,15
2119
2D Stress:
0,15 2112
2093
2092
2064
2077
2123
2109
2062
po oblakam
1
2
3
2075
2087
2086
2080
2114
2120
2070
2069
2061
2117
2060
2081
2084
2079
2102
2066
2083
2116
2111
2118
2101
2122
2106
2073
2095
2072
2090
2089
2098
2078
S17 Bray Curtis
Similarity P=0.001
Т100°С
2108
2096
-5 8
ПФ
2099
3
2 .5
2
-5 8 .5
1 .5
1
Красные линии –
границы Полярного
фронта.
0 .5
-5 9
0
-0 .5
-1
-5 9 .5
-1 .5
9
-2
-6 3
-6 2 .5
-6 2
-6 1 .5
-6 1
-6 0 .5
-6 0
-5 9 .5
Slide 13
Полярный фронт
3. Влияние на изоляцию популяций
Анализ полиморфизма митохондриального гена СО1 у массовых
видов зоопланктона:
Copepoda:
• Calanus simillimus
• C. propinquus
• Calanoides acutus
• Rhincalanus gigas
• Metridia lucens
Chaetognatha:
• Eukrohnia hamata
Популяции генетически едины в разных
гидрологических зонах АЦТ
Генетически разные популяции в
Антарктической и Субантарктической
зонах
10
Slide 14
Генетическая
изменчивость
Eukrohnia hamata
(по фрагменту
гена mtСО1)
Субтропическая популяция
(1 экз.+3 экз. из GenBank)
Арктическая популяция
(2 экз. из GenBank)
Субантарктическая
популяция
(8 экз.)
Расположение
популяций E. hamata
в Атлантическом
океане
Антарктическая
популяция
(5 экз.)
Eukrohnia macroneura
Внешняя группа
Субтропический фронт
Полярный фронт
11
Slide 15
1. Градиентные зоны в Южном океане могут служить
границами распространения видов. Пределы
распространения видов зоопланктона зависят от сезона.
2. В случае, если при переходе через фронт таксономический
состав зоопланктона не меняется, происходит смена
соотношения этих видов.
3. Градиентные зоны могут служить причиной генетической
изоляции популяций для некоторых видов зоопланктона.
12
Slide 16
Спасибо за внимание
КАЧЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ ЗООПЛАНКТОНА В ЭПИПЕЛАГИАЛИ
АТЛАНТИЧЕСКОГО СЕКТОРА ЮЖНОГО ОКЕАНА
Ступникова А.Н.
Верещака А.Л.
Гагарин В.И.
Кулагин Д.Н.
Лунина А.А.
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН
Лаб. структуры и динамики планктонных сообществ
2011
Slide 2
СТРУКТУРА АНТАРКТИЧЕСКОГО ЦИРКУМПОЛЯРНОГО
ТЕЧЕНИЯ
Изменение температуры в
Южном Океане
Grant et al., 2006
1
Slide 3
СТРУКТУРА АНТАРКТИЧЕСКОГО ЦИРКУМПОЛЯРНОГО ТЕЧЕНИЯ
САФ
САФ – Субантарктический фронт
ПФ – Полярный фронт
ЮФАЦТ – Южный фронт АЦТ
ЮГАЦТ – Южная граница АЦТ
ПФ
[Orsi et al., 1995]
по Orsi et al., 1995
ЮФАЦТ
ЮГАЦТ
Динамический фронт – струя течения, которая определяет
резкие градиенты свойств среды (САФ, ПФ, ЮФАЦТ)
2
Slide 4
Район исследования
Африка
Восточный
разрез
Южная Америка
Западный
разрез
Пролив Дрейка
Антарктический п-ов
30°
ю.ш.
Ю жная Америка
35°
Африка
СТФ
40°
САФ
45°
САЗ
Разрез SR-2
ПФЗ
ПФ
50°
31-й
рейс
НИС «Академик фронт,
Сергей Вавилов»
СТФ
– Субтропический
САФ – Субантарктический фронт,
ПФ – Полярный фронт,
САЗ – Субантарктическая зона,
ПФЗ – Полярная фронтальная зона,
АЗ – Антарктическая зона.
Фолклендские о-ва
АЗ
55°
60°
65°
про
ли
Разрез Дрейк
ка
рей
вД
Ю Г АЦТ
Антарктический п-ов
70°
70° з.д. 60°
50°
40°
30°
20°
10°
0°
10° в.д. 20°
3
Slide 5
Почему биомасса в мл? Экспресс-метод оценки
общей биомассы зоопланктона
Обработка одной
пробы в
лаборатории:
3
Б и о м а с с а /м = 0 .0 0 7 2 8 + 0 .0 0 1 2 4 * Т о т а л ь н а я б и о м а с с а
К о р р е л яц и я: r = 0 .9 0 0 9 0
0 .1 2
2 рабочих дня
20 мин
3
0 .1 0
Би о м а с с а /м
Оценка биомассы на
судне с помощью
волюминометра
Яшнова:
Число наблюдений: 84
Коэффициент корреляции 0.9
0 .0 8
0 .0 6
0 .0 4
0 .0 2
9 5 % д о ве р и т е л ь н ы й и н т е р ва л
0
10
20
30
40
50
60
70
Т о та льн ая биомасса
4
Slide 6
Западный разрез
Восточный разрез
Распределение биомассы зоопланктона (мл*10/м2) в слое 0-300 м
-значения биомассы,
- T °С пов. воды,
- расположение фронтов
БФ – Бенгельский фронт,
СТФ/ССАФ – Северная струя
Субантарктического фронта слита
с Субтропическим фронтом,
СрСАФ – Средняя струя
Субантарктического фронта,
ЮСАФ – Южная струя
Субантарктического фронта,
ЮПФ – Южный Полярный фронт,
все три струи слиты вместе,
ЮФ – Южный фронт,
ЮГ – Южная граница АЦТ,
УФ – фронт моря Уэддэла.
Slide 7
(мл/м3)
Пятнистость распределения общей биомассы
зоопланктона
4.0
Восточный разрез
3.5
ЮГ
АЦТ
ПФ
ЮФ
ЮСАФ
СрСАФ
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
-57
-56
-55
-54
N
-53
-52
-51
-50
-49
-48
-47
-46
-45
-44
- средняя
-43
-42
-41
-40
ю.ш.
биомасса
- стандартное отклонение
Slide 8
Пределы распространения видов зоопланктона
АЗ ПФ ПФЗ
зависят от сезона
весна
(октябрь 2010 г.)
Calanoides acutus
Radiolaria
Calanus propinquus
Rhincalanus gigas
Calanus simillimus
Foraminifera
Scolecitricella minor
Ctenocalanus citer
Metridia lucens
Neocalanus tonsus
Appendicularia
Salpa
Цветение
АЗ
вихри
лето
(декабрь 2009 г.)
САЗ СТЗ
ПФ ПФЗ
САЗ
Calanoides acutus
Radiolaria
Calanus propinquus
Rhincalanus gigas
Calanus simillimus
Foraminifera
Scolecitricella minor
Ctenocalanus citer
Eukrohnia hamata
Metridia lucens
Neocalanus tonsus
Appendicularia
Salpa
Цветение
S
N
5
Slide 9
Пределы распространения видов зоопланктона
разные на восточном и западном разрезах
восточный разрез
западный разрез (пролив Дрейка)
S
Антарктическая
зона
Зона полярного
фронта
Полярная
фронтальная зона
N
Eukrohnia hamata
Pseudosagitta gazellae
Pseudosagitta maxima
Solidosagitta marri
Eukrohnia bathypelagica
Южный фронт
(Кулагин, 2011)
Градиентные зоны не ограничивают географическое распространение трех
обычных для эпипелагиали видов хетогнат.
Мезо- и батипелагические виды (Solidosagitta marri и Eukrohnia bathypelagica)
отмечались в поверхностных водах только к югу от Полярного фронта.
6
Slide 10
-7 0
-6 6
-6 2
-5 8
-5 4
ОГНЕННАЯ ЗЕМЛЯ
-5 0
-5 4
-5 6
ПРОЛИВ ДРЕЙКА
Полярный фронт
Влияние на состав зоопланктона –
таксономический состав не меняется
-5 8
мг/м2
САПФ
-6 0
ЮЖНЫЕ
ШЕТЛАНДСКИЕ
ОСТРОВА
АПФ
-5 8
-6 2
ПФЗ
45
-6 4
ЮАПФ
-5 8 .5
Распределение
биомассы
ПФ
мезопланктона (мг/м2)
-5 9
в проливе Дрейка
весной 2008 г (25-й
АЗ
рейс НИС «Академик
Calanus simillimus
Сергей Вавилов»).
Calanoides acutus
Красные линии – -5 9 .5
Rhincalanus gigas
границы Полярного
Остальной мезопланктон
фронта.
-6 3
-6 2
-6 1
30
15
0
-6 0
-5 9 з.д.
7
Slide 11
2. Влияние на структуру сообщества
Полярный фронт
Анализ сходства сообществ зоопланктона в районе Полярного фронта
в проливе Дрейка (весна, 2008 г.)
Расчет и анализ сходства проб
ординация методом многомерного шкалирования (MDS)
индекс сходства Брэя–Кёртиса на основании данных по численности видов в
сообществе
PRIMER 5 (Clarke K.R., Warwick R.M., 2001)
Зона контакта
двух сообществ
Standardise Samples by Total
Transf orm: Log(X+1)
Resemblance: S17 Bray Curtis similarity
2D Stress: 0,15
2112
2092
2119
2093
2077
2123
2109
2114
2064
2062
2075
2087
2086
2080
2079
2102
2070
2066
2069 2061
2084
2081
2060
2083
2073
2120
2117
2116
2118
2101
2106
2095
2098
2090
2089
2078
2111
2122
2108
2096
2072
2099
8
Slide 12
Standardise Samples by Total
Анализ сходства сообществ
зоопланктона в районе Полярного фронта
Transform: Log(X+1)
Resemblance:
S17 Bray Curtis
similarity
в проливе
Дрейка
(весна, 2008 г.)
2D Stress: 0,15
2119
2D Stress:
0,15 2112
2093
2092
2064
2077
2123
2109
2062
po oblakam
1
2
3
2075
2087
2086
2080
2114
2120
2070
2069
2061
2117
2060
2081
2084
2079
2102
2066
2083
2116
2111
2118
2101
2122
2106
2073
2095
2072
2090
2089
2098
2078
S17 Bray Curtis
Similarity P=0.001
Т100°С
2108
2096
-5 8
ПФ
2099
3
2 .5
2
-5 8 .5
1 .5
1
Красные линии –
границы Полярного
фронта.
0 .5
-5 9
0
-0 .5
-1
-5 9 .5
-1 .5
9
-2
-6 3
-6 2 .5
-6 2
-6 1 .5
-6 1
-6 0 .5
-6 0
-5 9 .5
Slide 13
Полярный фронт
3. Влияние на изоляцию популяций
Анализ полиморфизма митохондриального гена СО1 у массовых
видов зоопланктона:
Copepoda:
• Calanus simillimus
• C. propinquus
• Calanoides acutus
• Rhincalanus gigas
• Metridia lucens
Chaetognatha:
• Eukrohnia hamata
Популяции генетически едины в разных
гидрологических зонах АЦТ
Генетически разные популяции в
Антарктической и Субантарктической
зонах
10
Slide 14
Генетическая
изменчивость
Eukrohnia hamata
(по фрагменту
гена mtСО1)
Субтропическая популяция
(1 экз.+3 экз. из GenBank)
Арктическая популяция
(2 экз. из GenBank)
Субантарктическая
популяция
(8 экз.)
Расположение
популяций E. hamata
в Атлантическом
океане
Антарктическая
популяция
(5 экз.)
Eukrohnia macroneura
Внешняя группа
Субтропический фронт
Полярный фронт
11
Slide 15
1. Градиентные зоны в Южном океане могут служить
границами распространения видов. Пределы
распространения видов зоопланктона зависят от сезона.
2. В случае, если при переходе через фронт таксономический
состав зоопланктона не меняется, происходит смена
соотношения этих видов.
3. Градиентные зоны могут служить причиной генетической
изоляции популяций для некоторых видов зоопланктона.
12
Slide 16
Спасибо за внимание