Bioluminescence and plankton communities in the Atlantic sector of the Southern Ocean

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Vertical bathyphotometric casts of the bioluminescent potential by the Salpa MA+ probe was carried out from January through February 2022 at 37 stations in the photic layer in the Bransfield Strait, the Antarctic Strait and the northwestern part of the Weddell Sea during the 87th Antarctic Expedition of the research vessel “Academician Mstislav Keldysh”. Vertical casts were accompanied by measurements of temperature, electrical conductivity, photosynthetically active radiation and collection of plankton samples with their subsequent processing. 7 bioluminescent plankton species have been identified, namely: Pelagobia longicirrata Greeff, 1879, Protoperidinium depressum (J.W. Bailey) Balech, 1974, Protoperidinium antharcticum, Metridia gerlachei Giesbrecht, 1902, Oithona similis Claus, 1866, Euphausia superba Dana, 1850 and Salpa thompsoni Foxton, 1961. Comprehensive studies have shown that the spatial structure of the bioluminescent potential field (its vertical and horizontal components) is formed by two main factors: the taxonomic structure of the plankton community and the thermohaline structure of the biotope. The species and taxonomic groups dominating the formation of bioluminescent potential differed significantly in all three research areas. The characteristics of the thermohaline structure in them were significantly different as well.

About the authors

A. V. Melnik

A.O. Kovalevsky Institute of Biology of the Southern Seas of RAS (IBSS)

Email: melnikalexsand@gmail.com

L. A. Melnik

A.O. Kovalevsky Institute of Biology of the Southern Seas of RAS (IBSS)

Email: melnikalexsand@gmail.com

S. A. Piontkovsky

A.O. Kovalevsky Institute of Biology of the Southern Seas of RAS (IBSS)

Email: melnikalexsand@gmail.com

References

  1. Александров С.В., Архиповский С.Н., Семенова А.С. Зоопланктон в антарктической части Атлантики в январе–марте 2020 г. // Труды АтлантНИРО. 2021. Т. 5. № 2. С. 148–163.
  2. Битюков Э.П., Василенко В.И., Токарев Ю.Н., Серикова И.М. Результаты и перспективы биолюминесцентных исследований в Черном море // Экология моря. 1996. Вып. 45. С. 19–25.
  3. Гительзон И.И. Живой свет океана. М.: Наука, 1976. 120 с.
  4. Гительзон И.И., Левин Л.А., Утюшев Р.Н. Биолюминесценция океана. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. 283 c.
  5. Лабас Ю.А., Гордеева А.В. Неразгаданная Дарвином биолюминесценция // Природа. 2003. № 2. С. 25–31.
  6. Латушкин А.А., Пономарев В.И., Салюк П.А. и др. Распределение оптических и гидрологических характеристик в проливе Антарктика по данным измерений в январе 2022 года в 87-м рейсе НИС “Академик Мстислав Келдыш” // Морской гидрофизический журнал. 2023. Т. 39. № 1. С. 52– 64.
  7. Мельник Л.А., Мельник А.В., Машукова О.В., Мельников В.В. Использование метода вертикального зондирования для регистрации биолюминесценции в антарктическом секторе Атлантического океана // Морской биологический журнал. 2023. Т. 8. № 4. С. 64–73.
  8. Морозов Е.Г. Течения в проливе Брансфилд // Доклады академии наук. 2007. Т. 415. № 6. С. 1–3.
  9. Нестерова В.Н. Биомасса планктона на путях дрейфа личинок трески (справочный материал). Мурманск: Изд-во ПИПРО, 1990. 64 с.
  10. Самышев Э.З. Сальпы в АЧА: состав, обилие, распределение // Бюлл. Укр. ант. центра. 2000. № 3. С. 237–240.
  11. Сушин В.А., Жигалова Н.Н., Красовский И.В. и др. Планктонные сообщества антарктической части Атлантики // Биологические основы промыслового освоения открытых районов океана. М.: Наука, 1985. С. 29–39.
  12. Токарев Ю.Н. Основы биофизической экологии водных организмов. Севастополь: Экоси-Гидрофизика, 2006. 342 с.
  13. Токарев Ю.Н., Евстигнеев П.В., Машукова О.В. Планктонные биолюминесценты Мирового океана: видовое разнообразие, характеристики светоизлучения в норме и при антропогенном воздействии. Симферополь: Н. Орiанда, 2016. 347 с.
  14. Atkinson A., Hill S.L., Pakhomov E.A. et al. Krill (Euphausia superba) distribution contracts southward during rapid regional warming // Nat. Clim. Chang. 2019. V. 9. P. 142–147.
  15. Boeck A. Oversigt over de ved Norges Kyster iagttagne Copepoder henhorende til Calanidernes, Cyclopidernes og Harpactidernes Familier // Videnskabs-Selskabet. Cristiana, 1864. P. 226–282.
  16. Chen Z., Lui H., Zhu G. The effects of environmental variables on hotspots of Antarctic krill (Euphausia superba) in the Bransfield Strait during autumn // Polar Science. 2023. V. 43. 100948.
  17. Collares L.L., Mauricio M.M., Rodrigo K. et al. Iceberg drift and ocean circulation in the northwestern Weddell Sea, Antarctica // Deep-Sea Res. II: Topical Studies in Oceanography. 2018. V. 149. P. 10–24.
  18. Criales-Hernándes M.I., Jerez-Guerrero M.J., Latandret-Solana S.A., Gómes-Sánchez M.D. Spatila distribution of meso and macro-zooplankton in the Bransfield Strait and around Elephant Island, Antarctic Peninsula, during the 2019–2020 austral summer // Polar Science. 2022. V. 32. 100821. P. 1–11.
  19. Everett J., Baird M., Suthers I. Three-dimensional structure of a swarm of the salp Thalia democratica within a cold-core eddy off southeast Australia // J. Geophys. Res. 2011. V. 116. C12046. P. 1–14.
  20. Frey D.I., Krechik V.A., Morozov E.G. et al. Water exchange between deep basins of the Bransfield Strait // Water. 2022. V. 14. 3193. P. 1–17.
  21. Garcia M.A., Lopez O., Sospedra J. et al. Mesoscale variability in the Bransfield Strait region (Antarctica) during Austral summer // Ann. Geophys. 1994. V. 12. P. 856–867.
  22. Gordon A.L., Nowlin W.D. The basin waters of the Bransfield Strait // J. Phys. Oceanogr. 1978. V. 8(2). P. 258–264.
  23. Harris R., Wiebe P., Lenz J. et al. Zooplankton Methodology. Manual Academic Press: London, UK; San Diego, USA. 2000. 684 p.
  24. Harvey E.N. A history of luminescence from the earliest times until 1900. Memoirs of the American Philosophical Society, Philadelphia, 1957. 692 p.
  25. Kasyan V.V., Bitiutskii D.G., Mishin A.V. et al. Composition and distribution of plankton communities in the Atlantic sector of the Southern Ocean // Diversity. 2022. V. 14(11). 923. P. 1–31.
  26. Krek A.V., Krek E.V., Krechik V.A. The circulation and mixing zone in the Antarctic Sound in February 2020 // Antarctic Peninsula Region of the Southern Ocean / Eds. E.G. Morozov et al. Cham: Springer, 2021. P. 83–99.
  27. Loeb V., Siegel V., Holm-Hansen O. et al. Effect of sea-ice extent and krill or salp dominance on the Antarctic food web // Nature. 1997. № 37. P. 897–900.
  28. Mendes C.R., Tavano V.G., Leal M.C. et al. Shifts in the dominance between diatoms and cryptophytes during three late summers in the Bransfield Strait (Antarctic Peninsula) // Polar Biology. 2013. V. 36(4). P. 537–547.
  29. Meredith M.P., King J.C. Rapid climate change in the ocean west of the Antarctic Peninsula during the second half of the 20th century // Geophys. Res. Lett. 2005. V. 32. L19604. P. 1–5.
  30. Moline M.A., Claustre H., Frazer T.K. et al. Alteration of the food web along the Antarctic Peninsula in response to a regional warming trend // Global Change Biology. 2004. № 10. P. 1973–1980.
  31. Montes-Hugo M., Doney S.C., Ducklow H.W. et al. Recent change in phytoplankton communities associated with rapid regional climate change along the Western Antarctic peninsula // Science. 2009. V. 323. P. 1470–1473.
  32. Niiler P.P., Amos A.F., Hu J.H. Water masses and 200 m relative geostrophic circulation in the western Bransfield Strait region // Deep-Sea Res. II. 1991. V. 38. P. 943–959.
  33. Pakhomov E.A., Dubischar C., Strass V. et al. The tunicate Salpa thompsoni ecology in the Southern Ocean. I. Distribution, biomass, demography and feeding ecophysiology // Mar. Biol. 2006. V. 149. P. 609–623.
  34. Piontkovski S.A., Melnik A.V., Serikova I.M. et al. Bioluminescent eddies of the World Ocean // Luminescence. 2023. V. 38(4). P. 505–512.
  35. Roberts J.M. Cold-Water Corals and Ecosystems. Springer, Berlin, 2006. 1242 р.
  36. Santhanam R. Bioluminescent marine plankton. Bentham Books, Bentham Science Publishers, 2022. 262 р.
  37. Siegel V., Loeb V. Recruitment of Antarctic krill Euphausia superba and possible causes for its variability // Mar. Ecol. Prog. Ser. 1995. № 123(1–3). P. 45–56.
  38. Stammerjohn S.E., Martinson D.G., Smith R.C. et al. Trends in Antarctic Annual Sea Ice Retreat and Advance and Their Relation to El Nino-Southern Oscillation and Southern Annular Mode Variability // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. C03S90. P. 1–20.
  39. Sylvester Z.T., Brooks C.M. Protecting Antarctica through co-production of actionable science: Lessons from the CCAMLR marine protected area process // Mar. Policy. 2020. V. 111. P. 103720.
  40. Teschke K., Brtnik P., Hain S. et al. Planning marine protected areas under the CCAMLR regime – The case of the Weddell Sea (Antarctica) // Mar. Policy. 2021. V. 124. 104370. P. 1–10.
  41. Tessler M., Gaffney J.Р., Jason M.C. Luciferin production and luciferase transcription in the bioluminescent copepod Metridia lucens // Peer J. 2018. V. 6(8). P. 1–14.
  42. Tokarev Y.N., Bityukov E.P., Williams R. et al. The bioluminescence field as an indicator of the spatial structure and physiological state of the planktonic community at the Mediterranean Sea basin // The Eastern Mediterranean as a Laboratory Basin for the Assessment of Contrasting Ecosystems. The Netherlands: NATO Science Series, 1999. 407 p.
  43. Tranter D.J. Reviews on zooplankton sampling methods // Zooplankton Sampling / Eds. Tranter D.J. UNESCO. Paris: France, 1968. P. 126–144.
  44. Veny M., Aguar-Gonzáles B., Merrero-Díaz A., Rodríguez-Santana À. Seasonal circulation and volume transport of the Bransfield Current // Progress in Oceanography. 2022. V. 204(3). P. 102795.
  45. Zhou M., Niiler P.P., Hu J-H. Surface currents in the Bransfield and Gerlache Straits, Antarctica // Deep-Sea Res. I.V. 49(2). P. 267–280.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».