УДК 37.013

Оценка биоразнообразия двустворчатых моллюсков в береговых выбросах Японского моря как проектно-исследовательская работа школьника

Карпенко Дарья Тимофеевна – учитель биологии Муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения «Средняя общеобразовательная школа №64 г. Владивостока».

Скобеева Виктория Александровна – кандидат биологических наук, доцент Департамента молекулярной и биологической физики Московского физико-технического института; научный сотрудник Кафедры биологической эволюции Московского государственного университет имени М.В. Ломоносова.

Чернов Тимур Александрович – учитель биологии Государственного бюджетного общеобразовательного учреждения города Москвы «Пятьдесят седьмая школа»; научный сотрудник Лаборатории молекулярно-биологических и нейробиологических проблем и биоскрининга Московского физико-технического института.

Аннотация: Данные о видовых составах танатоценозов используются в уточнении видовых составов бентосных сообществ акваторий, в которых сложно проводить классические гидробиологические исследования. При этом особенно важна актуальность данных видового состава ввиду динамических изменений биоценоза водной экосистемы. Все это говорит о целесообразности включения данной тематики в спектр проектно-исследовательских работ школьников. Аналогичные школьные исследования, наряду с реализацией ФГОС, способны решить еще две важные задачи: погружение ученика в биолого-экологическую тематику, а также внедрение региональной образовательной компоненты. В статье описана методика проведения гидробиологического исследования в рамках школьного исследовательского проекта по изучению танатоценозов побережья Японского моря, и представлены полученные результаты. Материалом для данной работы стали раковины двустворчатых моллюсков, собранные в береговых выбросах бухт из Уссурийского, Амурского и залива Стрелок. Были определены видовые принадлежности собранных раковин, составлено географическое распределение, подсчитана частота встречаемости обнаруженных видов на исследуемых территориях. Всего был обнаружен 31 вид двустворчатых моллюсков из 10 семейств. В ходе исследования были выявлены 5 видов субтропических моллюсков и 2 вида бореальных. Это свидетельствует о том, что залив Петра Великого находится в переходной зоне между бореальной и субтропической климатическими регионами.

Ключевые слова: двустворчатые моллюски, танатоцетоз, бентос, Японское море, морская экосистема.

Введение

В настоящее время в экологии актуален вопрос об изучении долгосрочных последствий антропогенного влияния на морские сообщества ввиду его неуклонного возрастания. Воздействие человека приводит к резким колебаниям биоразнообразия бентосных сообществ и их трофическую структуру, как в океанах, так и в мелководье. Эти изменения могут отражать в том числе и антропогенное влияние на климат и другие факторы окружающей среды. Макробентос является основой донных морских экосистем, играющей важную роль в трофодинамике, поэтому может использоваться для отслеживания состояния морского дна из-за чувствительности к изменениям. В настоящее время остро стоит вопрос об изучении морской фауны в морях Азиатского региона в связи с быстрыми значительными изменениями в развитии экономики и увеличением населения прибрежных стран, что отражается и на местных бентосных сообществах [1].

Известно, что микроэлементы из морской воды и морских отложений накапливаются многими видами морских беспозвоночных. Их применимость в качестве организмов-биоиндикаторов в идеале обеспечивает оценку наличия микроэлементов в биомассе различных областей и местностей. Они должны иметь возможность накапливать загрязнители из раствора, не погибая, и при этом иметь малоподвижный образ жизни [2].

Двустворчатые моллюски (лат. Bivalvia) – класс моллюсков, который включает более 15 тысяч видов, встречающихся в морских и пресных водах в составе бентоса [3]. Они встречаются от приливно-отливной зоны до наибольшей глубины и являются одними из наиболее распространённых представителей абиссальной зоны Мирового океана [4]. Особенностью данного класса является отсутствие радулы и головы. Размер особей варьирует от одного миллиметра до более метра длиной. Створки раковины состоят из карбоната кальция, чаще симметричны, при этом форма и размер могут сильно различаться у разных видов. Самая старая часть раковины (макушка) является выступом на переднем крае спинной стороны. Створки соединены элементом, называемым лигаментом. Двустворчатые моллюски закрывают свои раковины, сокращая мышцы-аддукторы [5].

Большинство двустворчатых моллюсков является фильтраторами, однако встречаются падальщики и хищники. Тип питания определяется строением жабр. Способность фильтровать органические загрязнители делает двустворчатых моллюсков как важным участником биологической очистки мирового океана, так и удобным биоиндикатором. В связи с тем, что рост двустворчатых моллюсков строго регулируется факторами окружающей среды, такими как климатические изменения и состав питания, их онтогенетический анализ может дать представление о долгосрочных вариациях этих факторов в течение жизни животного. При этом экологическая реконструкция по мягким тканям дает лишь ограниченное представление о периоде из-за их активного метаболизма. Напротив, арагонитовые раковины двустворчатых моллюсков образуются последовательно по мере роста животного, отражая онтогенез животного, процессы обмена веществ и условия окружающей среды во время отложения материала раковины. [Carroll, M. L et al.] 

Раковина двустворчатых моллюсков накапливает химические соединения, растворённые в морской воде. Профили стабильных изотопов кислорода и углерода, а также включенных микроэлементов из послойного отбора проб по ходу роста раковины может продемонстрировать с высокой точностью изменения химического состава водоёма. Внешние линии на раковинах двустворчатых моллюсков часто отражают ежегодные задержки роста, например, в случае Serripes groenlandicus. [6]. Таким образом, двустворчатые моллюски являются хорошим инструментом для мониторинга изменений в морских экосистемах, при этом у большинства видов относительно короткий жизненный цикл, который быстро отражает изменения окружающей среды [7].

При этом специфичность моллюсков в качестве индикатора загрязнения может зависеть от вида в связи с различным пищевым поведением. Например, обнаружено, что кровавые моллюски (Anadara granosa) оказались хорошими биоиндикаторами для количественной оценки свинца, кадмия и селена, в то время как зеленые мидии (Perna viridis) могут использоваться для оценки концентрации хрома в воде [2].

Зачастую проведение подобных исследований невозможно без сбора бентосных организмов при помощи донной драги или водолазного сбора. Но раковины двустворчатых моллюсков обладают высокой парусностью, из-за которой их в больших количествах выносит на берег. Попавшие, таким образом, на эпилитораль раковины и их осколки становятся частью танатоценозов, видовой состав которых практически идентичен видовому составу донных сообществ [3]. Оценка танатоценозов залива Петра Великого и стали объектом исследования в данной работе.

Залив Петра Великого ― крупнейший залив южной части российской территории Японского моря. Береговая линия залива продолжается от устья реки Туманная до мыса Поворотный. Береговая линия изрезана заливами второго порядка: Посьета, Славянский, Амурский, Уссурийский, Стрелок, Восток и Находка. Также в водах залива расположено более двух десятков островов. Самыми крупными из них считаются острова Русский, Попова, Рейнеке, Рикорда, Фуругельма, Аскольд, Путятина. На берегах залива расположено несколько крупных городов Приморского края: Владивосток, Находка, Большой камень [8].

Методы и принципы исследования

Объектом исследования являлись раковины двустворчатых моллюсков из береговых выбросов литоральной и эпилиторальной зон залива Петра Великого Японского моря (бухты Рифовая, Суходол, Аякс, Новик и залив Угловой). Определение видового состава собранных раковин было осуществлено с использованием атласов двустворчатых моллюсков [9, 10, 11].

Основные результаты

В ходе работы был обнаружен 31 вид (10 семейств) двустворчатых моллюсков (таблица 1). Среди исследуемых локаций наибольшее видовое разнообразие наблюдалось среди береговых выбросов бухты Рифовая (23 вида). На других побережьях число видов двустворчатых моллюсков составило от 11 до 19. При этом присутствовали виды, которые встречались в каждой из локаций: Ruditapes philippinarum, Spisula sachalinensis, Mizuhopecten yessoensis, Crenomytilus grayanus.

Таблица 1. Видовой состав двустворчатых моллюсков.

В ходе исследования были обнаружены 5 субтропических (Anadara broughtonii, Arca boucardi, Saxidomus purpuratus, Chlamys farreri, Septifer keenae) и 2 бореальных вида моллюсков (Mya japonica, Clinocardium californiense) (таблица 2).

Таблица 2. Биогеографическая характеристика видов.

Наиболее населенной территорией вдоль береговой линии является залив Петра Великого в южном секторе с рядом с бухтами Находка, Восток, Уссурийский, Амурский и Посьета) и двумя городами и связанными с ними промышленными и портовыми предприятиями. Наблюдается динамическое изменение структуры бентических сообществ в данном регионе. Численность и распространение крупных промысловых видов двустворчатых моллюсков в заливе Петра Великого значительно сократились с 1930-х гг. из-за возросшего водного промысла, однако с 1995 года наблюдается видовое обогащение макробентоса в связи со снижением промышленной активности. При этом стоит учитывать различия в методических подходах к оценке структуры бентоса, что может проявляться в противоречивых данных [1].

При изучении антропогенного влияния на бентосные сообщества необходимо учитывать естественные факторы, проявляющиеся в наличии циклов изменения размера популяций, которые могут быть ошибочно приписаны воздействию загрязнителей. Например, одним из таких естественных факторов колебаний биомассы бентоса в Амурском заливе может быть гипоксия. Её причинами в летний период являются совместное влияние муссонного климата юга Дальнего Востока России, эвтрофикации прибрежной зоны, а также обильных осадков, обеспечивающих избыток фитопланктона. В зимний период апвеллинг, уменьшение речного стока и зимняя конвекция снижают гипоксию. При этом общий уровень растворённого кислорода в Амурском заливе также меняется и в течение долгосрочного периода, что также отслеживается с помощью оценки морской биомассы [1].

Заключение

Для проведения работ в рамках школьного исследовательского проекта были выбраны двустворчатые моллюски в связи с лучшей сохранностью всех морфологических структур, необходимых для определения особи до таксона наименьшего ранга. Также их сбор прост и не требует дополнительных умений и техники, в отличие от сбора живых организмов со дна моря. Предметом исследования стало видовое разнообразие двустворчатых моллюсков, которое является важным показателем, свидетельствующем об устойчивости морского сообщества.

Залив Петра Великого является местом смены субтропического пояса на умеренный. В данной акватории в одной бухте можно встретить и субтропические, и низкобореальные виды. Данная работа позволяет предположить границы ареалов некоторых субтропических видов. Например, субтропические двустворчатые моллюски Chlamys farreri и Arca boucardi были встречены только на южных точках сбора. При этом эти виды были обнаружены совместно с низкобореальными видами, такими как Mizuhopecten yessoensis.

Биоразнообразие бентосных сообществ может изменять под влиянием потепления климатических вод, т.е. изменения климатических условий. Таким образом, в связи с постоянными изменениями водной экосистемы важно отслеживать видовой состав донных сообществ как отражение различных факторов окружающей среды. Необходимо производить мониторинг морского биоразнообразия, а также разграничение природы причинных факторов колебаний биомассы: естественных или антропогенных. Стандартизация процедур отбора проб также необходима для сравнения состава бентоса различных водных бассейнов.

Финансирование

Работа выполнена при поддержке Московского физико-технического института (ЦКП Прикладная Генетика МФТИ № 075-15-2021-684)

Благодарности

Исследование проведено благодаря поддержке ЦКП Прикладной Генетики МФТИ, Россия (грант поддержки 075-15-2021-684)

Список литературы

1. Chen L. Long‐term changes of marine subtidal benthic communities in North East Asia (Yellow and Japan seas) in a global change context: A review. / L. Chen, K.A. Lutaenko, X. Li // Aquatic Conservation: Marine and Freshwater Ecosystems. – 2020. – №30(7). – p. 1451-1475. – DOI: 10.1002/aqc.3334
2. Yusof A.M. The use of bivalves as bio-indicators in the assessment of marine pollution along a coastal area. / A.M. Yusof, N.F. Yanta, A.K.H. Wood // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. – 2004. – №259(1). – p. 119-127.
3. Лутаенко К.А. Голоценовая фауна двустворчатых моллюсков залива Петра Великого (Японское море): История и условия формирования дис. ...канд.: 03.00.16 : защищена 1999-03-15 : утв. 1999-08-30 / К.А. Лутаенко – Владивосток: 1999. – 197 c.
4. Kamenev G.M. Species composition and distribution of bivalves in bathyal and abyssal depths of the Sea of Japan. / G.M. Kamenev // Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography. – 2013. – №86. – p. 124-139. – DOI: 10.1016/j.dsr2.2012.08.004
5. Шарова И.Х. Зоология беспозвоночных / И.Х. Шарова – М.: Владос, 2002. – 592 c.
6. Carroll M.L. Bivalves as indicators of environmental variation and potential anthropogenic impacts in the southern Barents Sea. / M.L. Carroll, G.A. Henkes // Marine Pollution Bulletin. – 2009. – № 59(4-7). – p. 193-206.
7. Vânia B. Influence of environmental variables and fishing pressure on bivalve fisheries in an inshore lagoon and adjacent nearshore coastal area. / B. Vânia, H. Ullah, C.M. Teixeira // Estuaries and coasts. – 2014. – № 37(1). – p. 191-205.
8. Лучин В.А. Океанографический режим вод залива Петра Великого (Японское море). / В.А. Лучин, Е.А. Тихомирова, А.А. Круц // Известия ТИНРО. – 2005. – №140. – c. 130-169.
9. Лутаенко К.А. Двустворчатые моллюски Уссурийского залива (Японское море). / К.А. Лутаенко // Бюллетень Дальневосточного малакалогического общества. – 2005. – вып. 9 . . – c. 59-81.
10. Лутаенко К.А. Малый атлас двустворчатых моллюсков залива Петра Великого (Японское море) / К.А. Лутаенко, И.Е. Волвенко – Владивосток: Издательство Дальневосточного Федерального Университета, 2017. – 170 c.
11. Явнов С.В. Атлас двустворчатых моллюсков дальневосточных морей / С.В. Явнов – Владивосток: Русский Остров, 2016. – 272 c.