Търсене
Close this search box.

Експедицията, която ще хвърли светлина върху нощния живот на арктическата зима

Експедицията, която ще хвърли светлина върху нощния живот на арктическата зима

Експедицията, която ще хвърли светлина върху нощния живот на арктическата зима

Експедицията, която ще хвърли светлина върху нощния живот на арктическата зима


Направи дарение на училище!



***

Биологът от Института Алфред Вегенер Алисън Фонг (вляво) и химическият океанограф Робърт Рембер от Университета на Аляска Феърбанкс вземат проби вода и лед – за изследване на организмите в тях – от пукнатина на ледената покривка, на 10 октомври 2019 г. Снимка: ESTHER HORVATH

 

Алисън Фонг виси над ръба на “река“, течаща през масивна грамада морски лед, плаващ между Северния полюс и руския остров Комсомолец. Само няколко дни след като проправя своето корито към океана, реката вече започва да замръзва. Нейната повърхност ясно се отличава като тъмен белег на фона на белия пейзаж.

Пукнатината, която тя образува, може да се разтвори допълнително, дестабилизирайки или дори разцепвайки 3-километровата плаваща ледена маса. За да не падне в студените (около -1,8°С) води, причиняващи хипотермия, Фонг разпределя теглото си върху ръцете и коленете си и е привързана към по-стабилна ледена повърхност на няколко метра.

Тя гледа спокойно, докато издърпва парче наскоро замръзнал лед от пукнатината и леко го стиска. Изглежда солидно, но се компресира като кубче Jell-O, което означава, че този къс не е напълно замръзнал и все още съдържа миниатюрни камери с течна вода. Тези камери са дом на микроскопични организми, които ще останат в капан в леда през цялата зима. Период на дълготрайни тъмни дни и студени температури от октомври чак до март, когато най-накрая слънцето се завръща.


Разбери повече за БГ Наука:

***

И въпреки това тези организми успяват да процъфтяват тук. Фонг, която е биолог от Института Алфред Вегенер в Бремерхафен, Германия, иска да знае как това се случва.

 

Дори фитопланктонът, вид водорасли, които разчитат на слънчевата светлина за подхранване на фотосинтезата, далеч не спят в тъмното. Учените подозират, че тези микроскопични същества разчитат на съхранявани отлагания на мазнини или се хранят с оскъдни микроорганизми в зимните води.

Откритието със сигурност е важно, като се има предвид, че тези водорасли са основата на арктическата хранителна верига. Масовото им пролетно цъфтене осигурява шведска маса за други животни, по-специално зоопланктон, мънички морски същества, които биват схрусквани от по-големи калмари и риби, които пък са вечеря за тюлените, които от своя страна стават плячка за китове и полярни мечки.

 

Всяка промяна във водораслите със сигурност ще разтърси хранителната пирамида, а индикации за такава съществуват. Повишаването на температурите в Арктика е станало причина ледът да се топи и да изтънява. В резултат на това цъфтежът на водораслите започва все по-рано през сезона и все по-далеч на север. Цъфтежи са забелязвани дори под самия лед. За да прогнозират по-добре тези промени и как те могат да засегнат хранителната верига, учените първо трябва да разберат как водораслите и други микроскопични организми оцеляват в полярната нощ и как реагират на най-ниските нива на светлина и топлина.

 

Много обстоятелства около Арктика си остават загадка. В ледените води има повече от 1000 вида микроводорасли и нито един не е проучен в района на Северния полюс. “Буквално няма данни за животните и техните дейности през полярната нощ от централна Арктика“, казва Фонг.

 

Това е така, защото всяка зима централна Арктика се превръща в крепост от морски лед, прекалено дебел за да проникнат кораби през него. Повечето изследователски съдове обикалят по на южните периферии на океана. 

Но в началото на октомври германският ледоразбивач Поларщерн се отправи на север и се насочи към масивен леден блок на 85° с.ш. Там капитанът изключи двигателите на кораба, така че той да може да замръзне на мястото си.

Мисията, известна като MOSAiC (Мултидисциплинарна плаваща обсерватория за изследване на арктическия климат), сега пътува през Арктика прикрепена към този масивен леден къс в продължение на една година.
Фонг и учени от 20 страни имат безпрецедентната възможност да събират данни в централна Арктика през полярната нощ, за да научат как климатичните промени се отразяват на огромния пейзаж и неговите обитатели – от най-малките водорасли до 900-килограмовите полярни мечки.

 

В средата на септември екип от учени от MOSAiC, плюс няколко късметлии журналисти, отплават от Тромсьо, Норвегия, и се отправят на изток по крайбрежието на Русия, преди накрая да се насочат към Северния полюс. С придвижването на север дните стават все по-кратки. Скоро слънцето изчезва напълно, както и всякакви други следи от кораби и птици. Във всяка посока светло сивото небе се сблъсква с тъмно сини вълни – и нищо друго. Този свят изглежда празен откъм живот.

 

Първоначално Поларщерн се насочва североизточно от Тромсьо, Норвегия, към Северния полюс. След което корабът засяда в ледовете и се превръща в част от голям плаващ леден масив . Експедиция ще приключи през октомври 2020.

 

В продължение на няколко нощи изследователският екип наблюдава навсякъде танцуващи искрящи светлини, тъй като биолуминисцентните организми (вероятно вид морски планктон) произвеждат светлина при своето раздвижване. Намек, че привидно мъртвият пейзаж процъфтява с микробиологичен живот. 

След като корабът навлиза в арктическата ледена шапка – мозайка от ледени късове, започват да се блъскат и скърцат в корпуса му. Тези парчета от време на време разкриват скрити пластове от тюркоазен лед, който често има и жълтеникаво-кафяви оттенъци – признак за наличие на ледени водорасли.

Гледката на този “мръсен лед“ хвърля учените в състояние на еуфория, нетърпеливи да разгледат по-отблизо самите организми, които са полепнали по него, за да започнат тяхното изучаване. 

 

За щастие групата не се налага да чака дълго. На 4 октомври корабът се блъска в ледения блок, който ще послужи като дом на MOSAiC в продължение на цялата една година. Екипите веднага се разпръскват по ледената повърхност, бързайки да нивелират пътища, да поставят електропроводи и да разполагат инструменти по леда, използвайки последните лъчи на залязващото слънце, преди настъпването на полярната нощ.

Работата им често е прекъсвана от появата на огромни пухкави посетители. Шест дни след като учените започват работата си, любопитна полярна мечка и нейното малко нахълтват в лагера, събаряйки електропроводи и дъвчейки инструменти. С всяко следващо такова посещение корабната сирена и радиоговорителят изпращат учените обратно на кораба, спирайки цялата им работа по ледените площадки.

 

Полярни мечки и техните малки са чести посетители на мястото на експедицията.

 

Но пухкавите посетители не са единственото препятствие. Корабите, които отплават и пристигат до ледения блок на всеки няколко месеца, често се забавят дълго, а през март и въздушни санитарни мисии започват да кацат там, за да предпазят кораба от коронавирусната епидемия.

 

Самият лед също не винаги е готов да сътрудничи. Няколко дни след като учените пристигат на този свой нов дом, буря разтърсва ледения масив и отваря няколко пукнатини пред носа на заседналия кораб. Дотогава ледената маса се държи достатъчно стабилно, дори континентално, така че учените лесно забравят, че това е просто тънък фурнир от лед, който може да бъде носен от вятъра и теченията. 

 

За разлика от другите учени, които установяват лагерите си на няколкостотин метра от кораба, Фонг трябва да работи далеч от ярките му светлини, за да проучи как естествената светлина на Арктика (или липсата на такава) влияе на най-малките местни организми. След като бурята веднъж проваля първоначалния й план за лагер, след това отнема няколко седмици докато тя намери ново подходящо място, на повече от километър от борда на кораба.

 

Поларщерн, сниман от хеликоптер по време на полет за оглед на щетите от бурята в средата на октомври.

 

Екипът на Фонг, от 10-ма учени и двама пазачи от полярни мечки, прави регулярни обиколки на околността, натоварен в четири моторни и шест дървени шейни, веднъж седмично. Групата обикаля по неравен път, покрай малки планини от сняг и лед, кръстени “крепостта”, до другия ръб на леденото плато. Там, по тъмно, екипът събира ледени проби от вътрешността за анализ в тъмната и студена лаборатория обратно на кораба. “Това ще ни даде представа какво има там“ – казва Фонг – “и колко активни могат да бъдат тези организми при липса на светлина.”

 

През 2007 г. Йорген Берге, морски биолог от Арктическия университет на Норвегия в Тромсьо, анализира данни от инструмент, който е бил прикачен към морското дъно в южна Арктика, когато забелязва, че масиви от зоопланктон мигрират в подводни колони нагоре и надолу през зимата. Това поведение е типично през голяма част от годината, когато светлината на деня е в игра и образува снопове. През нощта организмите се издигат на повърхността, за да се хранят с фитопланктон и през деня се гмуркат обратно. Виждайки подобна дейност в тъмната част на Арктическата зима, Берге първоначално предполага, че е открил грешка в данните. Но по-късни изследвания потвърждават това, както и изясняват, че движението на зоопланктона се задвижва от слабата светлина на Луната.

 

Ние може и да сме свикнали да възприемаме Арктика като едно тъмно петно през зимата, но други видове съвсем не го правят. “Без значение къде гледате, независимо дали е в морската или в земната среда, организмите имат различни начини да изживяват и да усещат света“, казва морският биолог Джонатан Коен от Университета Делауеър в Люис.

По време на два круиза в Арктика през 2014 и 2015 г. Коен и колегите му измерват каквото малко количество светлина е имало там през полярната нощ. Според тях нивата са били 100 милиона пъти по-ниски от тези, наблюдавани през Арктическо лято. Но дори и през тази безкрайна нощ на арктическата зима, все пак има разлика между ден и нощ. Слънчевата светлина, отразена отдолу на хоризонта, всъщност прави деня съвсем малко по-ярък от нощта. Плюс това, Луната и вероятно северното сияние прибавят известни отблясъци. Все пак тогава Коен не е бил сигурен дали тази минимална светлина е достатъчна за арктическите животни.

 


Навън метеоролозите и климатолозите от ледоразбивача Поларщерн, морските биолози и специалистите по сняг, морски лед и други дисциплини построяват изследователски станции, като ROV, където дистанционно управлявани апарати се гмуркат под леда, за да правят измервания във водите на Северния ледовит океан и MET, където сензорите и привързаните балони измерват атмосферните промени.

 

Така екипът поставя електроди за да измери как съществата реагират на проблясъци на слаба светлина. Оказва се, че животните реагират най-силно на синкавите цветове, проникнали дълбоко във водните слоеве, което обяснява как зоопланктонът мигрира през полярната зима.

И тези плувци не са сами. Учените започват да осъзнават, че Арктика – дори през полярната нощ – е изумително жива. Морските птици, за които се смята, че са визуално ориентиращи се хищници, се хранят в средата на зимата. Така правят и няколко вида риба и крил. Мидите растат със сходни темпове през зимата спрямо лятото. И всички видове организми, включително охлюви по морското дъно, се възпроизвеждат въпреки студа и тъмнината.

Дори фитопланктонът остава активен. Въпреки че учените все още не могат да кажат точно как, те подозират, че някои видове живеят благодарение на съхранение на мазнини, а други могат да претърпят драматична метаморфоза всяка зима.

 

Micromonas pusilla, един от най-разпространените видове фитопланктон, всъщност преминава към по-животински начин на живот, като се храни с бактерии и други микроорганизми във водните слоеве. И все пак фитопланктонът успява да запази фотосинтетичния си апарат непокътнат през тъмната полярна нощ, което им позволява да реагират в рамките до часове на завръщането на слънчевата светлина през пролетта.

 

“Има цял свят, който процъфтява по време на тъмнината“, казва Ева Леу, морски биолог от Тромсьо, помагаща за планирането на биологични експерименти за MOSAiC.

Но досегашните проучванията, които разкриват активния нощен живот на Арктика, едва са се докосвали до повърхността на морето от познание, което чака да бъде разкрито. Много от тях са проведени в южната част на Арктика при приблизително 80° с.ш., докато MOSAiC сега плава по-близо до Северния полюс от всеки друг изследователски кораб през арктическата зима, там където тя е по-тъмна и продължава по-дълго.

 

MOSAiC премина по-на север от северното сияние, до съвсем различна морска среда с океан, който се простира на четири километра дълбочина (за разлика от плиткия континентален шелф). Поради това много от резултатите от минали проучвания не могат да бъдат екстраполирани в централна Арктика.

Така изследователите на MOSAiC ще проведат физиологични и генетични анализи на местните организми в рамките на хиляди проби в лабораторията на борда на кораба (някои ще бъдат изпратени в различни лаборатории за анализ). Въпреки че Фонг се завърна в Германия през януари, други продължават изследванията през цялата зима. Но докато мисията продължава, Леу и други учени са най-нетърпеливи да събират проби, след като в Арктика настъпи времето за друга драстична промяна – завръщането на слънцето.

 

Щефани Арнд, физик от Алфред Вегенер, прави селфи на леденото плато по здрач в началото на март.

 

Всяка пролет слънчевите лъчи попадат на върха на света за първи път от месеци – образувайки розово сияние и затопляйки морския лед. Температурите се повишават, снегът и ледът започват да се топят и животът започва да процъфтява.
Въпреки че полярната нощ е много по-динамичен свят, отколкото учените първоначално са си представяли, тя не може да се сравнява с пролетта, когато фитопланктонът образува масивни цъфтежи, осигуряващи вкусна храна за останалата част от арктическата хранителна мрежа.

Някои видове зоопланктон, които прекарват зимата на големи дълбочини, мигрират на повърхността през пролетта, за да се хранят с изобилните водорасли. Тези малки животни стават храна за риба, в крайна сметка поддържаща останалата част от хранителната верига. Калифорнийските сиви китове, белобузите гъски и 135 други видове птици мигрират към върха на света, за да ловуват множеството животни, хранещи се с цъфтежа. Полярните рибарки дори изминават 30 000 километра, прелитайки от Антарктида до Арктика. Активността около пролетното хранене без съмнение е основното събитие в арктическата екосистема.

 

“Това е храната, която след това поддържа цялата хранителна пирамида през останалата част от годината“, казва Коен.

Успехът на този празник зависи от времето и местоположението на пролетното цъфтене. “Това, което се случва през зимните месеци, поставя основата за идващия пик на изобилието“, казва Леу. Така учените са готови да разберат по-добре случващото се в онези мрачни месеци.

Знанието как различните видове водорасли реагират на ниските нива на светлина, например, ще помогне на учените по-точно да предвиждат кога и къде могат да се появят тези цъфтежи и дори какъв е техния състав.

Сега във важен момент се превръща обстоятелството, че времето и местоположението на тези цъфтежи започват да се променят поради изменението на климата.

 

Тази промяна тревожи Фонг. „Това е същото като с пчелите и цветята“, казва тя. Растенията цъфтят въз основа на температурата, но обикновено изискват насекоми за опрашването им. Ако тези насекоми не са на етап от жизнения си цикъл, за да бъдат активни опрашители, тогава плодно дърво, което цъфти твърде рано, няма да даде никакъв плод.

“Фитопланктонът може да расте и да расте и да расте“, казва Фонг. “Но единственият начин, по който материалът се прехвърля в хранителната мрежа, е, ако основните консуматори са там и могат да пасат от фитопланктона.“

Когато по-късно през сезона настъпва цъфтеж, водите са значително по-топли; зоопланктонът се възпроизвежда, а неговото потомство се храни с фитопланктона, попадащ там през водните слоеве. Но сега, когато цъфтежът се появява по-рано, когато водата все още е по-студена, зоопланктонът все още не се е възпроизвел; няма потомство, което да загребва фитопланктона.

 

В този нов сценарий на по-ранен цъфтеж по-голямата част от фитопланктона би могъл да достигне дъното на океана, което води до процъфтяване на ниско разположената екосистема. Сивите китове, моржовете и мидите се хранят на дъното. Но гренландските китове, арктическата треска и сьомгата се хранят в по-горните водни слоеве – и по този начин могат да понесат последствията, пропускайки шанса си да обядват зоопланктон.

Макар че, разбира се, голяма част от това са спекулации, основани на ранни проучвания и прибързани заключения. Така че все още не е ясно какво точно ще се установи накрая. Учените от MOSAiC ще трябва да завършат тъмния си престой там, за да хвърлят светлина върху променящата се Арктика.

 

Източник: sciencenews.org

Превод: Радослав Тодоров

 


Вземете (Доживотен) абонамент и Подарете един на училище по избор!



***

Включи се в списъка ни с имейли – получаваш броеве, статии, видеа и всичко, което правим за популяризирането на науката в България.  

Еднократен (Вечен) абонамент​​

Списание “Българска наука” излиза в PDF и ePub и може да се изтегли и чете от компютър, таблет и телефон. Достъпа до него става чрез абонамент, а възможността да се абонирате еднократно позволява да можете да достъпите всички бъдещи броеве без да се налага никога повече да плащате за списанието.