Новый метод мониторинга планктона поможет выявить экологические проблемы водоемов
Первые успешные испытания этого метода уже проведены. Этот метод исследования был опубликован в журнале Scientific Reports («Nature», Q1).
В отличие от традиционных методов оценки состояния водоемов, которые часто неспособны обнаружить проблемы вовремя, методология, разрабатываемая учеными ТГУ, позволяет выявлять экологические проблемы на ранних стадиях. Она основана на информации о состоянии планктона непосредственно в его естественной среде обитания. Для измерений используется голографическая камера, которая погружается непосредственно в водоем. Такой подход позволяет более точно и оперативно выявлять изменения в экосистеме и принимать меры по их предотвращению.Исследование планктона в водной среде стало более доступным благодаря разработке подводной цифровой голографической камеры сотрудниками лаборатории радиофизических и оптических методов изучения окружающей среды радиофизического факультета (РФФ) ТГУ. Во главе этой лаборатории стоит первый проректор ТГУ Виктор Дёмин. Эта технология позволяет не только регистрировать голограммы объема воды с планктоном, но и восстанавливать голографические изображения этого объема для изучения размеров, формы и расположения планктонных частиц в пространстве. С помощью подводной цифровой голографической камеры планктон изучается в реальном времени, не подвергаясь возмущениям, что отличает этот метод от традиционных способов лова сетью и последующего анализа под микроскопом в лаборатории. Таким образом, ученые получают более точные данные о планктоне, его поведении и взаимодействии с окружающей средой. Важно отметить, что эта инновационная технология значительно упрощает и ускоряет процесс изучения планктона, что имеет большое значение для экологических и научных исследований.Исследователи используют камеру для наблюдения голограмм планктона, что позволяет получить информацию о его размерах, формах, расположении и поведенческих реакциях. После этого специалисты проводят анализ спектров, аналогичный тому, что применяется в спектроскопии атомов и молекул. Этот метод позволяет изучить динамику концентрации различных видов планктона, выявить их биоритмы и отследить значимые изменения.Ученые подчеркивают, что такой подход к мониторингу планктона является более глубоким, чем простой подсчет особей. Спектральный анализ помогает выявить характерные частоты и периоды, которые связаны с жизненным циклом планктона. Это позволяет более детально изучить его поведение и влияние на экосистему.Благодаря спектральному анализу ученые могут не только оценить количество планктона, но и понять его взаимосвязь с окружающей средой, выявить факторы, влияющие на его разнообразие и распределение. Такой комплексный подход позволяет более глубоко понять роль планктона в морских экосистемах и принимать обоснованные решения по их сохранению.Изучая спектры концентраций различных видов планктона, мы можем получить уникальные «отпечатки», которые позволяют нам делать выводы о разнообразии живых организмов в водоемах и морских акваториях. Эти данные помогают нам не только оценить биоразнообразие, но и выявить наличие или отсутствие определенных биоритмов. Важно отметить, что для этого достаточно иметь последовательные измерения концентрации планктона, как подчеркнул Виктор Дёмин.Спектральный анализ открывает перед нами возможность построения нескольких кривых, которые отражают изменения и нарушения в биоценозе планктона. Эти кривые могут указывать на автоколебательные процессы, изменения численности и ритмику в планктонном сообществе. Планктон, в свою очередь, играет роль биоиндикатора, который помогает выявить загрязнения и другие негативные воздействия на экосистему.Таким образом, спектральный анализ концентраций планктона не только позволяет нам понять биоразнообразие в водных средах, но и является важным инструментом для мониторинга здоровья экосистем. Каждая кривая, каждое изменение в спектре концентраций отражает сложные процессы, происходящие в природе, и помогает нам более глубоко понять взаимосвязи в морских и пресноводных сообществах.В рамках своих исследований ученые ТГУ внимательно изучают изменения в циркадных ритмах планктона, а также фототропные реакции и межвидовую энтропию. Эти параметры играют ключевую роль в функционировании экосистем, и их нарушения служат тревожным сигналом о возможных экологических проблемах. Каждый из этих показателей реагирует на изменения окружающей среды с разной скоростью: сбой биоритмов может быть зафиксирован уже через час, тогда как нарушение межвидовой энтропии указывает на более серьезные и долговременные проблемы в экосистеме.Важно отметить, что выявленные изменения в ритмике планктона могут быть вызваны как внутренними, так и внешними факторами, такими как загрязнение водоемов или другие антропогенные воздействия. Эти изменения могут служить индикаторами неблагополучия экосистемы, сигнализируя о том, что среда обитания теряет свою устойчивость. Например, если фототропные реакции планктона начинают изменяться, это может указывать на ухудшение качества воды или изменение температуры, что в свою очередь влияет на всю пищевую цепочку.Таким образом, мониторинг этих параметров является важным инструментом для оценки состояния экосистем и разработки мер по их охране. Понимание взаимосвязей между циркадными ритмами, фототропными реакциями и межвидовой энтропией поможет ученым более точно прогнозировать изменения в экосистемах и принимать своевременные меры для их защиты. В конечном итоге, сохранение здоровья планктона и других ключевых видов является залогом устойчивости и благополучия всей экосистемы.Современные методы мониторинга окружающей среды становятся все более актуальными, особенно в контексте защиты водоемов от потенциальных угроз. Одним из таких методов является спектральный анализ поведения планктона, который выступает в роли биоиндикатора состояния экосистем. Этот подход окажется особенно ценным для контроля акваторий, расположенных рядом с опасными объектами, такими как атомные электростанции, нефтяные платформы и газопроводы. Виктор Дёмин отметил: «Наша цель – создать инструмент для ранней диагностики, который позволит предотвратить экологические катастрофы и своевременно принимать меры по охране водоемов».В разработке и исследовании данного метода принимают участие высококвалифицированные специалисты из лаборатории радиофизических и оптических методов изучения окружающей среды Российской Федерации Физико-технического университета (РФФ ТГУ). В числе участников – старшие научные сотрудники Игорь Половцев и Александра Давыдова, а также старший преподаватель Николай Кириллов. С сентября 2024 года в полярной экспедиции с использованием DHC-камеры будет работать сотрудник лаборатории Василий Леонтьев, что позволит расширить горизонты исследований и повысить точность получаемых данных.Таким образом, применение спектрального метода в исследовании планктона не только открывает новые возможности для мониторинга состояния водоемов, но и способствует более эффективному реагированию на экологические угрозы. Это важный шаг к сохранению природного баланса и защите экосистем, что, безусловно, имеет огромное значение для будущих поколений.Исследование, проводимое в рамках стратегического проекта "Глобальные изменения Земли: климат, экология, качество жизни", при поддержке федеральной программы стратегического академического лидерства "Приоритет 2030", имеет целью разработку модели углеродного баланса в Северной Азии. Эта модель охватывает все экосистемы и зоны северных территорий, включая вечную мерзлоту, водно-болотные угодья, водосборы великих сибирских рек – Енисея, Оби, Лены и других, а также береговую зону и шельф Арктических морей России.Важным аспектом исследования является изучение влияния климатических изменений на углеродный цикл в регионе Северной Азии. Анализируя данные по различным экосистемам и зонам северных территорий, ученые стремятся выявить тенденции и прогнозировать возможные последствия для окружающей среды.С учетом ускоренного изменения климата и экосистем в регионе, модель углеродного баланса в Северной Азии становится ключевым инструментом для понимания и принятия мер по сохранению природных ресурсов и биоразнообразия.Источник и фото - ecoportal.su
