Исследования первичной продуктивности фитопланктона при различных гидрологических, оптических и гидрохимических условиях (разные водные массы) в арктических морях

судно: НИС «Профессор Молчанов»
отряд: микропланктона
район исследований: Карское море, море Лаптевых
даты: июль-август 2024 г.

Актуальность задачи: Конкретная научная задача выполняется в рамках общего направления исследования влияния экологических факторов на процессы первичной продукции фитопланктона в разных географических и сезонных условиях. В основе первичной продукции лежит процесс фотосинтеза – новообразование органического вещества из неорганических (биогенных) веществ с использованием солнечной энергии в клетках растений (в нашем случае – микроводорослей или фитопланктона). Фотосинтез включает два этапа – световой и темновой. На световом этапе световая энергия при участии фитопигмента хлорофилла «а» улавливается и конвертируется в химически связанную энергию (в виде молекул АТФ). На темновом этапе эта усвоенная энергия используется для синтеза органических веществ. Активность на световом этапе можно оценить с помощью измерения активной флуоресценции (параметр rETR, относительная скорость электронного транспорта в фотосистеме фитопланктона). Активность темновой фазы можно оценить радиоуглеродным инкубационным методом (параметр ПП, первичная продукция, т.е. накопление новосинтезированного органического вещества). Соотношение активности двух этапов фотосинтеза характеризует величину фотосинтетической эффективности, т.е. сколько усвоенной хлорофиллом световой энергии используется в итоге на синтез единичного объема органического вещества. С другой стороны эта величина может служить коэффициентом для расчета первичной продукции по экспресс-оценке активной флуоресценции, что позволяет проводить измерения уровня первичной продукции фитопланктона в быстрее и точнее, чем стандартным трудо- и время-затратным радиоуглеродным методом. Однако, величина фотосинтетической эффективности не является постоянной величиной, а в значительной степени зависит от различных факторов среды. Изучение изменчивости этой величины в разные сезоны и в разных географических районах при различных условиях среды является актуальной задачей для разработки новых более эффективных методов оценки первичной продуктивности и исследования процессов, на нее влияющих.
Проведенные нами исследования в Балтийском, Карском и Черном морях, а также в Антарктике (море Уэдделла) показали, что фотосинтетическая эффективность постоянна для разных горизонтов водной толщи в одном локальном районе, но различается для разных районов (Mosharov et al., 2019; Мошаров и др., 2023) и для разных сезонов (Mosharov et al., 2022). Планируется провести исследования влияния гидрологических и гидрохимических условий, определяемых водными массами разного происхождения в арктических морях (влияние вод Атлантического океана в Карском море), на фотосинтетическую эффективность фитопланктона и первичную продуктивность в целом. С этой целью будут проведены измерения активной флуоресценции и экспериментально определены в специальном инкубаторе параметры первичной продукции, а результаты измерений будут проанализированы совместно с данными по температуре, солености, прозрачности воды, содержанию биогенных элементов и другим факторам среды в местах отбора проб для выявления трендов и характерных зависимостей (или достоверного их отсутствия). Кроме того, возможно исследование изменчивости фотосинтетической эффективности при экспериментальном варьировании отдельных факторов среды.

Сергей Мошаров. Я выпускник МГУ им. М.В. Ломоносова (биологический факультет). Морской биолог-эколог. Сфера научных интересов – первичная продуктивность фитопланктона, т.е. условия и характеристики способности фитопланктона синтезировать новое органическое вещество. Наиболее важные характеристики – потенциальная и реализованная в конкретных условиях скорость первичной продукции, концентрация хлорофилла как материальная основа первичной продукции, эффективность использования световой энергии фитопланктоном при фотосинтезе. Наиболее важные условия внешней среды, влияющие на первичную продукцию – сезонная и пространственная изменчивость количества доступного света как единственного источника энергии для фотосинтеза, влияние концентрации основных биогенных элементов, физиологического состояния и видового состава фитопланктона на реализацию продукционного потенциала.
Достижения: более 100 научных статей в рецензируемых научных журналах, 35 докладов на конференциях, 10 патентов на изобретение, 11 Свидетельств о госрегистрации баз данных, учебное пособие «Экология» (МГТУ им. Н.Э. Баумана). Принимал участие в 30-ти научных экспедициях в разных районах Мирового океана.

Опубликованные работы по теме задачи:
1. Mosharov S.A., Sergeeva V.M., Kremenetskiy V.V., Sazhin A.F., Stepanova S.V. Assessment of phytoplankton photosynthetic efficiency based on measurement of fluorescence parameters and radiocarbon uptake in the Kara Sea // Estuarine, Coastal and Shelf Science, 2019, v. 218, p. 59-69. Impact Factor: 2.413.
2. Mosharov, S.A.; Mosharova, I.V.; Dmitrieva, O.A.; Semenova, A.S.; Ulyanova, M.O. Seasonal Variability of Plankton Production Parameters as the Basis for the Formation of Organic Matter Flow in the Southeastern Part of the Baltic Sea // Water 2022, 14, 4099.
3. Мошаров С.А., Мошарова И.В., Фрей Д.И., Селиверстова А.М., Латушкин А.А., Гонтарев С.В. Первичная и бактериальная продукция в проливе Брансфилда (Антарктика) в летний период // Океанология, 2023, Т. 63, № 4, с. 604-617.

Что предстоит делать: 1) измерение скорости первичной продукции инкубационным радиоуглеродным методом,
2) измерение активной флуоресценции хлорофилла «а» для оценки потенциальной фотосинтетической способности фитопланктона, световой адаптации фитопланктона, активности световой стадии фотосинтеза (эффективности конвертации световой энергии в химически связанную),
3) оценка фотосинтетической эффективности фитопланктона по соотношению первичной продукции и активности световой стадии фотосинтеза,
4) измерение концентрации основного фотопигмента хлорофилла «а».

Методы, приборы, ПО, с которыми предстоит работать:
1) Радиоуглеродный инкубационный метод экспериментальной оценки первичной продукции. Приборы: оригинальный фитоинкубатор с регулируемой светодиодной подсветкой, охладитель для поддержания заданной температуры в инкубаторе.
2) Метод измерения фотосинтетической активности фитопланктона по активной флуоресценции хлорофилла. Прибор: ультрачувствительный импульсный флуориметр WATER-PAM.
3) Вакуумная фильтрация проб воды после инкубации и проб воды на хлорофилл. Прибор: система вакуумной фильтрации – фильтродержатели, вакуумный насос.

Обязательные требования: Усидчивость при выполнении лабораторных процедур. Аккуратность при заполнении лабораторного журнала и протокола измерений.
Специализация, уровень образования: биология, либо химия, либо география, бакалавры, магистры 1 курс

Финансирование: проезд и проживание покрываются организаторами

Дополнительные документы: не требуются