По словам исследователей, именно на этой глубине атмосферный свет в водной толще уменьшается, а биолюминесценция морских организмов становится доминирующим источником света. Это также место значительных изменений в составе люминесцентных организмов, присутствующих в толще воды.
«Оказывается, что глубина около 100 футов является важной переходной зоной», — сказал Джонатан Коэн, доцент Университета Земли, океана и окружающей среды и соавтор статьи.Исследовательская группа изучает степень биологической активности в арктической полярной ночи с 2012 года, когда Марк Молин из UD, директор Школы морских наук и политики, и его коллеги из Норвегии и Шотландии начали изучать, как морская жизнь справляется с непрерывной зимней темнотой. на Свальбарде, Норвегия. До этого преобладала научная мысль, что трофическая сеть остается бездействующей в течение полярной ночи.Исследователи заявили, что биолюминесценция может помочь объяснить, как некоторые организмы питаются и поддерживают активность в период полярной ночи и как свет может участвовать в экологических процессах даже в темное время суток.
Принятие перекличкиОдним из интересных открытий текущего исследования является то, что по мере увеличения глубины количество биолюминесценции в водной толще увеличивалось, а состав сообщества зоопланктона изменялся.«По мере того, как вы погружаетесь глубже в воду, мы видим меньше динофлагеллят и больше веслоногих ракообразных, криля и гребневиков, которые излучают более яркий биолюминесцентный свет», — сказал Коэн, присоединившийся к исследовательской группе в 2013 году.Исследователи заявили, что это изменение сообщества не связано с какими-либо физическими условиями воды.
Скорее, это коррелирует с тем, что исследователи называют «глубиной компенсации биолюминесценции», точкой перехода, в которой атмосферный свет уменьшается в толще воды и берет верх биолюминесценция.«Это указывает на функциональность биолюминесценции, структурирующую вертикальное распределение посредством поведения, возможно, независимого от миграции», — сказал Молин.Это важное открытие, так как Баренцево море к югу от Шпицбергена, Норвегия, является домом для крупного и глобально важного промысла.
Рыбаки в регионе чрезвычайно заинтересованы в понимании того, как изменения в зоопланктоне, например веслоногих ракообразных, и доступности зоопланктона повлияют на коммерчески важные виды рыб, такие как треска и сельдь.Из других исследований исследователи знали, что распределение зоопланктона и криля в толще воды увеличивается примерно на 100 футов.
«Когда небо становится ярче в полдень в период полярной ночи, под водой доступно больше атмосферного света для хищников, чем ночью, поэтому морские организмы, такие как веслоногие рачки, отступают ниже в толщу воды, где она темнее. Мы хотели знать, как этот свет взаимодействует с биолюминесценцией, чтобы влиять на жизнь в толще воды », — сказал Коэн.Исследователи впервые занялись этой проблемой, выполнив измерения атмосферного света в 2014 и 2015 годах, а также измерив биолюминесценцию в воде. Это привело к более подробному изучению в 2015 году того, какие планктонные виды производят свет.
Наконец, они собрали все это вместе, чтобы подумать о том, как биолюминесценция может быть источником света в полярную ночь.Затем аспирантка Калифорнийского университета Хизер Кронин, работая с Коэном и Молином, создала так называемый фотонный бюджет или световой бюджет, чтобы измерить, сколько света исходит из атмосферы и сколько света исходит из самой воды с организмами, светящимися посредством биолюминесценции.Чтобы количественно определить количество биолюминесценции и определить, какие морские организмы присутствовали, исследователи использовали насосную систему в водной толще, чтобы загнать организмы в специализированное устройство, оснащенное чувствительным люксметром.Когда организмы попадали в устройство, турбулентность, создаваемая насосом, заставляла животных светиться или светиться.
Используя кинетику люминесценции или динамику производства и рассеивания света, исследователи измерили, как интенсивность света внутри насоса изменяется со временем, чтобы идентифицировать присутствующие морские виды.«Каждый из люминесцентных морских организмов имеет уникальную световую сигнатуру. Посмотрев на временной ряд света, генерируемый вспышкой внутри прибора, мы смогли определить, кто там создавал вспышку», — объяснил Коэн. «Это полезный инструмент, особенно в это время года, когда обитает относительно немного видов».Биолюминесценция, как известно, играет решающую роль в том, чтобы помочь морским организмам избегать хищников и даже прятаться на равнине.
В то же время, продолжил Коэн, похоже, что криль и, возможно, рыба используют дополнительный биолюминесцентный свет от веслоногих ракообразных для поиска пищи.«Из анализа содержимого кишечника мы знаем, что рыба и морские птицы активны и питаются во фьордах Свальбарда в полярную ночь», — пояснил Коэн. «Наши исследования показывают, что биолюминесцентный свет может быть одним из способов найти пищу в темноте».Связь с изменением климатаОдной из серьезных проблем, вызывающих обеспокоенность в рамках сценариев изменения климата, является потеря морского льда.
По словам Коэна, ученые только начинают понимать, что изменение климата изменит световую среду, что повлияет на сроки цветения ледяных водорослей и фитопланктона, которые стимулируют весенний вегетационный период, и, возможно, даже заставят его произойти в начале года.В Арктике, например, морской лед является частью того, что делает водную толщу темной. Итак, если глубина, на которой атмосферный свет переходит в биолюминесцентный, важна для структурирования сообщества зоопланктона и экологических взаимодействий между организмами, то понимание того, сколько атмосферного света будет присутствовать в водной толще с меньшим количеством морского льда, важно для понимания пищевой сети. динамика.
Новшеством в работе команды является упор на добавление чисел и данных к процессам, которые происходят непосредственно перед началом весеннего цикла. Следующим шагом будет проведение подобных измерений подальше от Шпицбергена, чтобы подтвердить свои выводы в открытом океане.
«Возможность измерить эту глубину перехода дает нам возможность смотреть на разные сезоны и годы, что может иметь важные последствия для воздействия на пищевую сеть в быстро меняющейся Арктике», — сказал Коэн.