Регистрация / Вход
Прислать материал

Искуственные рифы как способ изучения иологического разнообразия и улучшения экологии региона

ФИО
Марин Иван Николаевич
Surname Name
Ivan Marin
Организация
Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северова РАН
Область наук
Науки о жизни и медицина
Название доклада
Искуственные рифы как способ изучения иологического разнообразия и улучшения экологии региона
Project title
Artificial reefs as the method of biodiversity study
Резюме
Изучение биологического разнообразия является важным направлением современной биологии и входит в число приоритетных направлений развития науки. Представление о биологическом разнообразии экосистемы позволяет понять принципы образования и функционирования ее структуры. В морских экосистемах большая часть фауны формируется тремя наиболее многочисленными группами морских беспозвоночных: ракообразными, моллюсками и полихетами. При этом, до сих пор нет точных данных об их реальном разнообразии даже в относительно фаунистически бедных морях высоких широт, не говоря уже о сложных тропических экосистемах. Новые для фауны и науки виды открываются постоянно. Проблему изучения разнообразия морской фауны усложняет тот факт, что многие животные ведут скрытный образ жизни, формируя многовидовые сообщества, приуроченные к определенным геоценозам (например, строят глубокие норы или живут на скальных субстратах, откуда их очень сложно извлечь), которые в ряде случаев формируют до 30% общей биомассы. Более того ряд известных, и возможно массовых видов морских беспозвоночных, в отдельных биогеоценозах не всегда попадаются в пробы, собранные стандартными методами и поэтому регистрируются крайне редко, что кардинально меняет представления об их экологии и роли в данной экосистеме. Реальное биологическое разнообразие некоторых геоценозов практически не изучено; при этом для их изучения требуется применение новых методик изучения и использование нестандартных орудий сбора.
Скальные биогеоценозы являются слабоизученными (white spots) экосистемами ввиду особенностей строения и массивности. Большое количество животных, обладая отрицательным фототаксисом, прячется в щелях, пещерках и лакунах скал, а также ведет скрытный сидячий образ жизни. Стандартные орудия сбора (типа тралы, ловушки и прочее) в таких экосистемах не позволяют в полной мере оценить биологическое разнообразие, так как большая часть видов никогда во взрослом состоянии не покидает своих укрытий. При этом в планктоне отмечается огромное количество личинок, видовая принадлежность которых очень сложно определить и точно установить, где данное животное обитает во взрослом состоянии. Очень часто личинки оседают на скалы и метаморфизируя «навсегда пропадают из поля зрения ученых». Доставать скалы целиком и крошить их на мелкие кусочки – тяжелая и нередко малоэффективная работа, так как большая часть животных, собранная таким методом, являются травмированными и нередко непригодными для точного таксономического определения, не говоря уже о проведении каких-либо комплексных экологических исследований таких биогеоценозов. Примерами таких животных являются многие виды креветок, например представители рода Alpheus или Palaemon, бурящие двустворчатые и брюхоногие моллюски, а также большинство видов полихет.
Ключевые слова
разнообразие, искусственные рифы, морские экосистемы, структура, ракообразные
Тезисы

Изучение биологического разнообразия является важным направлением современной биологии и входит в число приоритетных направлений развития науки. Представление о биологическом разнообразии экосистемы позволяет понять принципы образования и функционирования ее структуры. В морских экосистемах большая часть фауны формируется тремя наиболее многочисленными группами морских беспозвоночных: ракообразными, моллюсками и полихетами. При этом, до сих пор нет точных данных об их реальном разнообразии даже в относительно фаунистически бедных морях высоких широт, не говоря уже о сложных тропических экосистемах. Новые для фауны и науки виды открываются постоянно. Проблему изучения разнообразия морской фауны усложняет тот факт, что многие животные ведут скрытный образ жизни, формируя многовидовые сообщества, приуроченные к определенным геоценозам (например, строят глубокие норы или живут на скальных субстратах, откуда их очень сложно извлечь), которые в ряде случаев формируют до 30% общей биомассы. Более того ряд известных, и возможно массовых видов морских беспозвоночных, в отдельных биогеоценозах не всегда попадаются в пробы, собранные стандартными методами и поэтому регистрируются крайне редко, что кардинально меняет представления об их экологии и роли в данной экосистеме. Реальное биологическое разнообразие некоторых геоценозов практически не изучено; при этом для их изучения требуется применение новых методик изучения и использование нестандартных орудий сбора.

Скальные биогеоценозы являются слабоизученными (white spots) экосистемами ввиду особенностей строения и массивности. Большое количество животных, обладая отрицательным фототаксисом, прячется в щелях, пещерках и лакунах скал, а также ведет скрытный сидячий образ жизни. Стандартные орудия сбора (типа тралы, ловушки и прочее) в таких экосистемах не позволяют в полной мере оценить биологическое разнообразие, так как большая часть видов никогда во взрослом состоянии не покидает своих укрытий. При этом в планктоне отмечается огромное количество личинок, видовая принадлежность которых очень сложно определить и точно установить, где данное животное обитает во взрослом состоянии. Очень часто личинки оседают на скалы и метаморфизируя «навсегда пропадают из поля зрения ученых». Доставать скалы целиком и крошить их на мелкие кусочки – тяжелая и нередко малоэффективная работа, так как большая часть животных, собранная таким методом, являются травмированными и нередко непригодными для точного таксономического определения, не говоря уже о проведении каких-либо комплексных экологических исследований таких биогеоценозов. Примерами таких животных являются многие виды креветок, например представители рода Alpheus или Palaemon, бурящие двустворчатые и брюхоногие моллюски, а также большинство видов полихет.

В рамках данного проекта наш коллектив планирует комплексное изучение скрытого разнообразия морских беспозвоночных, обитающих в скальных биоценозах. В качестве полигонов выбраны два совершенно разных зоогеографических района - Черное море (Голубая бухта на базе Южного отделения Института Океанологии РАН) и Японское море (залив Восток, на базе станции "Восток" ИБМ ДВО РАН), где фаунистический состав таких сообществ предположительно считается наиболее богатым. Работы по изучению разнообразия предполагается проводить с использованием нового метода, а именно создания сборно-разборных искусственных подводных конструкций (рифов). Разборные конструкции (небольшие бетонные блоки с отверстиями и нишами, см раздел «Методы»), экспонированные в естественных условиях в разных конфигурациях, в течение разного времени и на разных глубинах, позволят имитировать скальные геоценозы и изучить как разнообразие заселивших их животных, так и многие экологические характеристики этих сообществ (стратегии и скорости заселения, видовой состав, биомассу и численность, трофику и другие). Данные конструкции позволяют размещать любые гидрологические датчики и таким образом исследовать влияние различных физических параметров на структуру сообществ. Материал, полученный после разборки такой конструкции, будет подвергнут комплексному биологическому анализу с использованием современных методов (современная сканирующая и световая микроскопия, молекулярно-генетические методы и изотопный анализ). Размещение полигонов в разных зоогеографических районах позволит произвести сравнительный анализ эффективности выбранного метода. Несмотря на активное использование искусственных «рифов» для изучения биоразнообразия зарубежными коллегами, в нашей стране он будет применен впервые. Единственный опыт работ в данной области в Черном море – это изучение обрастаний искусственных набросок сотрудниками ИнБЮМа в 19080-90х годах. Однако наш проект предполагает дальнейшие шаги в этом направление, я изучением инфауны подобных сооружений. К работе в рамках проекта привлечен коллектив молодых российских специалистов, изучающих экологию морских сообществ и разнообразие морских беспозвоночных (полихеты, амфиподы, моллюски, сипункулиды и другие).

В качестве примера изучения скрытой фауны можно привести очень подробное исследование сверлящих моллюсков Мексиканского залива. Авторами описано более 40 видов из этого региона, ведущих скрытый образ жизни внутри скал. Было установлено, что для отдельных видов плотность поселений моллюсков рода Lithophaga в скалах и обломках достигает 70–80 экз/м2 с общей массой до 1470 г/м2. При этом моллюски именно вбуравливаются в структуру скал, а не заселяют ее поверхность. Многочисленные работы по экологии сверлящих моллюсков свидетельствуют об их значительной роли в морских экосистемах, как основных и важнейших фильтраторов. Второй пример – это роющие раки-привидения (аксииды и гебииды), знания о которых в некоторых районах ограничены лаконичными данными о видовом составе, морфологии и распространении, без каких-либо данных о биомассе и плотности поселений этих животных. Авторы лишь отмечают, что до проведения специальных работ наблюдали на дне панцири этих ракообразных, что свидетельствует об их многочисленности в прибрежных сообществах. Как доказательство, в результаты исследований особенностей популяционной биологии рака-привидения Nihonotrypaea petalura из сублиторальных поселений в заливе Восток Японского моря установлено, что на глубине 0.2–3 м на каменистых и смешанных грунтах N. petalura образует скопления со средней плотностью 9–19 экз/кв.м. Биомасса скоплений составляет 15–27 г/м2 или 1–33% от средней суммарной биомассы макрозообентоса, включающего животных 48 таксонов. Максимальная плотность поселения N. japonica достигала почти 200 экз/м2, биомасса - 120 г/м2 при среднем значении этих показателей соответственно 18±43 экз/м2 и 10.83±25.50 г/м2, что составляло почти треть от суммарной биомассы макрозообентоса в данном районе. Данные об экологии этих «редких» животных свидетельствуют о том, что эти ракообразные в процессе жизнедеятельности оказывают влияние на физико-химические свойства среды.

Имитация скальных субстратов с помощью сборно-разборных конструкций давно практикуется в мировом сообществе, однако в России этот метод еще не получил достаточного распространения, а в некоторых регионах вообще ранее не применялся. Суть метода очень проста – собирается некое подобие блока с различными внутренними полостями, лакунами и отверстиями из 3–5 скрепленных между собой составных частей (форм), как правило, бетонных. Применяемые конструкции имеют самые разнообразные формы, самый простой пример – это несколько поризованных блоков или кирпичей, скрепленных вместе. После экспонирования в естественных условиях, эта конструкция извлекается и разбирается, что позволяет вымывать и собирать животных, обитающих внутри полостей. Успешные примеры изучения скрытого разнообразия организмов инфауны с помощью таких конструкций известны в Карибском бассейне и Индо-Вест Пацифике. Использование метода позволило в некоторых регионах описать большое количество новых для науки видов, которые не улавливались другими способами, а также исследовать фауну организмов, характеризующихся скрытным образом жизни во взрослом состоянии. В последние годы около 10% описаний новых для науки видов высших ракообразных, в особенности десятиногих, приходится на виды, собранные именно таким способом Метод зарекомендовал себя как очень эффективный и относительно простой и самое важное – экологически безопасный.

Работа выполнении при финансовой поддержке гранта РФФИ 15-34-20863_мол_а_вед.

Summary of the project
Development of utilization plans and socio-economic development of coastal regions is impossible without a modern inventory of biological diversity and research on fishing capacity of individual groups of animals. Marine invertebrates, including the higher crustaceans, are the most important components of all marine ecosystems from the littoral to bathyal depths. However, an accurate identification to the species in some groups is still difficult, while successful complex biological research must always start with the proper taxonomic identification of objects. Higher crustaceans (Decapoda: Eumalacostraca) combine several subclasses, the largest taxa of which are amphipods (Amphipoda), isopods (Isopoda), decapod crustaceans (Decapoda), cumaceans (Cumacea) and mysids (Mysida) – the total number of currently known diversity exceeds 40,000 species; probably the same number of species is not yet known to science, especially in tropics. A number of crustacen species are referred to particularly valuable commercial objects, for example, in Russia in 2012 the catch of decapod crustaceans (shrimps, crabs and king crabs) exceeded 3 times the catch of salmons. The highest diversity of crustaceans reflects many ecological features of marine communities, and it's easy to analyze their geographic and biotopic distribution. In this regard, this group is usually used for population, ecological, biogeographical and evolutionary studies. Amphipods (Crustacea: Eumalacostraca: Amphipoda) and decapods (Crustacea: Eumalacostraca: Decapoda) are widespread and are among numerous groups of marine crustaceans that inhabit the World Ocean from the Arctic to the Antarctic, from coastal waters to bathyal depths; these animals are often found in associations as symbionts of larger marine invertebrates. Virtually all marine habitats are populated by crustaceans from surface to bottom, showing them as an essential component of all marine ecosystems in northern and temperate latitudes. However, these groups are poorly studied, particularly amphipods (Amphipoda). The vast majority of amphipod and decapod species from Russian seas were firstly described in the 19th and early 20th century. In 30-60s years of the 20th century most attention was paid to regional diversity, as a result a number of useful, well-illustrated books (guides) were published, allowing to identify the collected animals in any region within the former USSR such as survey monographs from the series "Fauna of the World ocean". However, latest global and comprehensive studies of these groups were created almost half a century ago and present knowledge on these crustaceans needs to be significantly generalized. Since that time, the species new to science and new for the region were described, so it became clear that biological diversity is not fully studied. Moreover, it is required to generalize modern ideas about these groups of animals. The presented project is aimed to study the diversity of amphipod and decapod crustaceans of the Russian Federation fauna with the use of modern methods, re-description of poorly studied species and study of the current status of populations of these species with the assessment of the impact of invasive species as one of the most important natural resources of the seas of Russia.
Keywords
biodiversiry, artificial reefs, marine ecosystems, ecology, crustaceans