Проект: Исследование закономерностей функционирования трофических цепей в меромиктических озерах Руководитель проекта: к.б.н., доцент Задереев Егор Сергеевич Исполнитель: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет» Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг., в рамках реализации мероприятия № 1.2.2 Проведение научных исследований научными группами под руководством кандидатов наук Цель проекта: Получение новых знаний о функционировании трофических цепей стратифицированных меромиктических озер и последующее использование полученных закономерностей и разработанных математических моделей для анализа динамики водных экосистем, оценки последствий антропогенных или других воздействий. Задачи третьего этапа выполнения НИР продолжение круглогодичных биосъёмок на озерах Шира и Шунет; проведение лабораторных экспериментов по исследованию трофических взаимоотношений в паре фитопланктон-зоопланктон; анализ содержания стабильных изотопов углерода и биогенных элементов в звеньях трофической цепи; создание биолого-гидродинамической модели озер Шира и Шунет; написание программного обеспечения для анализа данных подводных видеонаблюдений. Команда проекта Объекты исследования Меромиктические озера Шира и Шунет Озеро Шира Меромиктические озера являются перспективными объектами для исследования механизмов формирования вертикальных неоднородностей живого в водных экосистемах, а также функционирования трофической сети в условиях стратифицированного распределения физикохимических факторов среды. Озеро Шунет Выполненные работы и основные результаты С помощью автономных непрерывных регистраторов температуры показано, что в озере Шира наблюдаются кратковременные существенные вариации глубины термоклина (в масштабах нескольких метров) связанные с воздействием ветра и наличием внутренних волн. 0 Динамика сезонного профиля температуры, полученная с помощью автономных регистраторов termohron с 01.06.2011 по 08.10.2011. 5 10 15 20 25 9.06.11 18.06.11 26.06.11 4.07.11 13.07.11 21.07.11 30.07.11 7.08.11 15.08.11 24.08.11 Время 1.09.11 9.09.11 18.09.11 5 10 Суточная динамика профиля температуры, полученная с помощью автономных регистраторов termohron с 4.07.11 по 5.07.11 Глубина, м Глубина, м 1. Мониторинг физико-химической стратификации 15 20 00:33 06:33 11:33 16:33 21:33 02:33 4.07.11 5.07.11 Время 07:33 12:33 17:33 22:33 Исследование донных осадков как индикатора стратификации в озере Впервые проанализирован состав каротиноидов, захороненных в верхних слоях донных отложений озера Шира. Наличие каротиноидов фототрофных серных бактерий свидетельствует о присутствии сероводорода в фотической зоне озера в последние 2000 лет, что указывает на длительную стратификацию водной толщи. Хроматограмма экстракта из донных отложений озера Шира 1 – аллоксантин; 2 – лороксантин (может быть несколько совмещенных пиков); 3- лютеин; 4 – зеаксантин; 5 – transокенон; 6 – cis-окенон 2. Проведена серия лабораторных экспериментов по исследованию трофических взаимоотношений в паре фитопланктон-зоопланктон при разных уровнях температуры, пищевой обеспеченности, концентрации зоопланктона. Схема проточных камер для изучения взаимодействия зоопланктона с микроводорослями. Монтаж экспериментальной системы в полевой лаборатории Трофические взаимоотношения фитопланктонзоопланктон Показано, что удельный рацион доминирующих в зоопланктоне исследуемых озер рачков A.salinus линейно увеличивается с ростом концентрации корма в среде и не зависит от температуры. Скорость выделения пеллет определяется в первую очередь температурой и не зависит от концентрации корма. Это свидетельствует о высокой адаптации рачков к низким концентрациям корма, и их способности поддерживать оптимальный рацион при недостатке пищи. Зависимость рациона и количества выделенных пеллет рачками A.salinus от концентрации корма (Chl.vulgaris) и температуры. 3. Выполнен анализ содержания биогенных элементов в звеньях трофической цепи 4. Создана биолого-гидродинамическая меромиктического озера путем совмещения математической модели трофической цепи с гидродинамической моделью Главный лист Excel оболочки единой биолого-гидродинамической модели. Лист со списком параметров единой биолого-гидродинамической модели. С использованием программы SIMLAB v.2.2 с помощью метода Морриса проведен анализа модели на чувствительность. Из всех параметров единой биолого-гидродинамической модели (около 170 шт.) был выбран набор из 75 элементов, который содержит наиболее варьируемые параметры, либо параметры, чьи значения не известны достоверно. В качестве оцениваемых результатов работы модели выбраны максимальные концентрации 14 основных компонент модели и глубины, на которой расположены эти максимальные значения. Пример. Графическое представление результатов анализа чувствительности для моделируемой компоненты – зеленые водоросли. Левый рисунок – влияние модельных параметров на максимальную концентрацию зеленых водорослей. Правый рисунок – влияние на глубину расположения в водной толще максимальной концентрации зеленых водорослей. Значимость параметра для результата расчета определяется длиной вектора из начала координат до отображенной точки, представляющей рассматриваемый параметр. Процедура необходима для калибровки модели, а так же позволяет предварительно оценить адекватность модели в описании моделируемой экосистемы. 5. Разработано программное обеспечение для анализа видео-данных и автоматического определения вертикального распределения планктонных организмов. Основное окно программы обработки подводного видео. Зелеными рамками выделены детектируемые объекты. Различные системы для съемки подводного видео в работе Разработанная программа позволяет в автоматическом режиме определять вертикальное распределение планктонных организмов в столбе воды. Окно параметров графика. Распределение численности организмов зоопланктона размером менее 2 мм, зарегистрированных с помощью погружной видеосистемы в озере Шира (09.10.2011). Видеоматериал обработан с помощью специально созданной программы VideoSoft Выполнение целевых индикаторов и показателей Программы Публикации авторов- членов научного коллектива Учебные пособия – 1 Современные аппаратура и методы исследования биологических систем. Большой практикум [Электронный ресурс] : учеб. пособие / Т. Г. Волова, Е. И. Шишацкая, Э. Дж. Сински и др. ; под. ред. : Т. Г. Воловой, Э. Дж. Сински. – Электрон. дан. (16 Мб). – Красноярск : Сибирский федеральный университет, 2011. – (Современные аппаратура и методы исследования биологических систем. Большой практикум : учеб.-метод. комплекс по дисциплине / Т. Г. Волова, Е. И. Шишацкая, Э. Дж. Сински и др. ; под. ред. : Т. Г. Воловой, Э. Дж. Сински). – 1 электрон. опт. диск (CD). – Систем. требования : Intel Pentium (или аналогичный процессор других производителей) 1 ГГц ; 512 Мб оперативной памяти ; 50 Мб свободного дискового пространства ; привод CD/DVD ; операционная система Microsoft Windows XP / Vista / 7 ; Adobe Reader 7.0 (или аналогичный продукт для чтения файлов формата pdf). ISBN 978-5-7638-2412-4 (пособия) ISBN 978-5-7638-2411-7 (комплекса) Выполнение целевых индикаторов и показателей Программы Публикации авторов- членов научного коллектива Публикации в высокорейтинговых российских и зарубежных журналах -1 Д. Ю. Рогозин, В. В. Зыков, И. А. Калугин, А. В. Дарьин, А. Г. Дегерменджи. Каротиноиды фототрофных организмов в донных отложениях меромиктического озера Шира (Россия, Сибирь) как индикатор стратификации озера в прошлом // Доклады РАН 2011. т.439, №2, С. 282-285 Тезисы – 6 Полученные за отчетный период главные результаты: в виде объектов учета единого реестра результатов научно-технической деятельности (РНТД) Обеспечение (математическое, программное, методическое, информационное) результат превосходит мировой уровень Алгоритм (инструкция, программа) соответствует мировому уровню Анализ (обобщение, сбор данных) - соответствует мировому уровню Выполнение целевых индикаторов и показателей Программы Участие в работе конференций Франко-российский семинар "Влияние изменения климата на эколого-физиологические характеристики водных организмов" (сентябрь, Лион, Франция) IV Международная научная конференция «Озерные экосистемы: биологические процессы, антропогенная трансформация, качество воды» (сентябрь, Нарочь, Белоруссия) 3-й Байкальский микробиологический симпозиум с международным участием (октябрь, Иркутск) XV Международная научная школа-конференция студентов и молодых ученых «Экология Южной Сибири и сопредельных территорий» (ноябрь, Абакан) Популяризация и публичное представление результатов 27 сентября 2011 года в арт-клубе НИИ КуДА (Новосибирск) руководитель проекта Егор Задереев прочитал научнопопулярную лекцию на тему «Тайны соленых озер». 6 октября 2011 года в сюжете в программе «Новое утро» красноярской телекомпании ТВК участник проекта, кандидат физико-математических наук Денис Рогозин рассказал о научных исследованиях на соленых озерах Хакасии. Страница проекта на сайте Сибирского федерального университета Адрес страницы: http://bio.sfu-kras.ru/meromictic Создана страница проекта включающая: Основную информацию о проекте Список исполнителей проекта и их резюме Видеоматериалы, иллюстрирующие работу по проекту Полезные ссылки и материалы в сети