Дрейфующая экспедиция «Северный полюс-42» объяснила механизм работы внутренних биологических часов арктического планктона в полной темноте. В условиях полярной ночи и отсутствия солнечного света морские планктонные частицы выстраивают биологические ритмы, ориентируясь на приливы и отливы, сообщили в пресс-службе Арктического и антарктического научно-исследовательского института (ААНИИ).
Голографический зонд, протестированный в ходе дрейфующей экспедиции «Северный полюс-42», – это разработка ученых Томского государственного университета. Впервые в мире она позволила в реальном времени увидеть жизнь арктической экосистемы в ее естественных условиях.
– Ученые собрали данные о концентрации мезозоопланктона и проследили за его суточной активностью. В результате удалось показать, что даже в отсутствие солнечного света в Арктике планктон продолжает жить по внутренним «биологическим часам». Спектральный анализ временных рядов концентрации планктона показал, что 24-часовой суточный ритм его поведенческой активности, обычно связанный с восходом и закатом Солнца, не исчезает даже с наступлением полярной ночи: амплитуда падает примерно втрое, но сам ритм сохраняется – планктон продолжает жить по внутренним «биологическим часам». В спектре устойчиво присутствует и второй ритм – приливный, с периодом 10,5–13 часов, который проявляется как «вторая гармоника» суточного цикла и, судя по всему, помогает планктону удерживать биоритм в отсутствие света, – говорится в сообщении.
Ученые отмечают, что морские планктонные частицы служат критически важными биоиндикаторами благополучия арктической экосистемы. Но без смены дня и ночи их биологические часы в Арктике должны сбиваться. Однако планктон подсказал, что у него есть запасной «маятник» – приливы. Это меняет саму логику мониторинга полярных экосистем: теперь ритм жизни подо льдом можно измерять и предсказывать даже там, где солнца не бывает месяцами, считают ученые. Отдельной находкой стало обнаружение одноклеточного фитопланктона на глубине менее метра подо льдом – там, где солнечный свет полностью отсутствует, природа этих организмов пока до конца не ясна и станет темой будущих экспедиций, считают в ААНИИ.
В институте подчеркнули, что открытие меняет представления о том, как устроена высокоширотная полярная экосистема и жизнь в подледном океане. За период исследований удалось записать и обработать в реальном времени более 58 тысяч подводных голограмм, из которых ученые отобрали проверенный набор, включающий почти 2,8 тыс. изображений морских частиц различной природы основных арктических таксонов – этот массив в дальнейшем будет использован для обучения нейросетей, распознающих планктон и другие морские частицы.
Оборудование для исследований
– Голографический зонд, протестированный в ходе дрейфующей экспедиции «Северный полюс-42», – это отечественная разработка, которая впервые в мире позволила в реальном времени увидеть жизнь арктической экосистемы в ее естественных условиях. Такие технологии – основа будущих систем мониторинга широкого круга сред в климатически сложных и малодоступных для исследований условиях. Цифровая голография способна стать надежным инструментом биоиндикации в Арктике, позволяя ученым наблюдать за состоянием океана в полярных регионах точнее, быстрее и гораздо ближе к реальным природным условиям, – отметил директор ААНИИ Александр Макаров.
Исследования проводили на борту научно-экспедиционного судна «Северный полюс» с октября 2024 по март 2025 года. Специально для экспедиции ученые Томского государственного университета разработали подводный зонд DHC-FOCL с цифровой голографической камерой, который через прорубь во льду опускали на глубину до 50 метров. Оборудование позволило не просто фиксировать наличие планктона и других частиц в воде, но и получать их изображения прямо в месте наблюдения, без вмешательства в их жизнедеятельность. Цифровая голографическая камера регистрировала все частицы в пределах своего измерительного объема, включая мезозоопланктон, газовые пузырьки, оседающие неорганические частицы, фитопланктон и прочее.
Об экспедиции
Экспедиция «Северный полюс-42» (СП-42) стала продолжением программы дрейфующих исследований в высоких широтах Арктики, основанной советскими учеными. Первая в мире полярная научно-исследовательская дрейфующая арктическая станция «Северный полюс» начала работу 21 мая 1937 года. С тех пор каждой следующей экспедиции присваивалось название «Северный полюс» и порядковый номер. В общей сложности было организовано 40 таких экспедиций. На протяжении 75 лет дрейфующие станции выполняли исследования в области океанологии, метеорологии и биологии моря, отслеживали динамику изменения площади льдов, производили наблюдения в ионосферном и магнитном полях планеты, позволяющие делать выводы о распространении радиоволн.
В 2013 году команду ученых с дрейфующей станции «СП-40» эвакуировали, программа была приостановлена почти на 10 лет: критическое состояние льда, подвижки, трещины, разрывы не оставляли возможности поддерживать работу ледового лагеря. С 2022 года программа дрейфующих арктических станций возобновлена на технологически новом уровне – при поддержке уникального научно-экспедиционного судна «Северный полюс». Это ледостойкая платформа, обладающая функционалом научно-исследовательского центра и предназначенная для круглогодичных экспедиций в высоких широтах Северного Ледовитого океана.
По информации ТАСС
Фото предоставили сотрудники лаборатории радиофизических и оптических методов изучения окружающей среды РФФ ТГУТГУ