Дрейфующая экспедиция СП-42 объяснила механизм работы внутренних биологических часов арктического планктона в полной темноте

В ходе дрейфующей экспедиции «Северный полюс-42» ученые впервые смогли в реальном времени изучать жизненный цикл планктона в суровых условиях полярной ночи. За период исследований удалось записать и обработать в реальном времени более 58 000 подводных голограмм, из которых учёные отобрали проверенный набор, включающий почти 2 800 изображений морских частиц различной природы основных арктических таксонов – этот массив в дальнейшем будет использован для обучения нейросетей, распознающих планктон и другие морские частицы. Ученые также собрали данные о концентрации мезозоопланктона и проследили за его суточной активностью. В результате удалось показать, что даже в отсутствие солнечного света в Арктике сохраняются циркадные ритмы: 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.

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 нам, 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.

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 т. д. – в одном эксперименте с использованием единого технического инструмента, что открывает значительные возможности для комплексного многокомпонентного анализа.

«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 Арктического и антарктического научно-исследовательского института Александр Макаров.

Результаты исследования опубликованы в журнале Optics Express.

Фото: пресс-служба ААНИИ, aari.ru