Арктический планктон питается один раз в сутки и никто не знает – почему: учёные ТГУ прикрепили камеру к ЛСП и наблюдают за ним

Изображение с морскими частицами – планктоном, сформированное посредством цифрового восстановления голограммы в процессе дрейфа ЛСП. Источник: ТГУ / news.tsu.ru

Учёные Томского государственного университета (ТГУ) ведут проект «ТГУ на льдине» – как часть научной университетской программы «Глобальные изменения Земли: климат, экология, качество жизни». В ходе этого проекта разработанную сотрудниками ТГУ подводную цифровую голографическую камеру для наблюдения за малоизученным планктоном, обитающим в арктических морях, прикрепили к ледостойкой самодвижущейся платформе «Северный полюс-42», которая уже успешно пришвартовалась к льдине в Арктике и дрейфует вместе с ней (о чём регулярно пишет GoArctic), – и получают информацию по специальным линиям связи. С задержкой на сутки, но – получают, сообщает пресс-служба ТГУ. Команды оптиков, биологов, радиофизиков, экологов обрабатывают полученную информацию, связанную с самыми непонятными факторами жизни полярного планктона.

Старший научный сотрудник лаборатории радиофизических и оптических методов изучения окружающей среды радиофизического факультета (РФФ) ТГУ, разработавшей подводную камеру, Игорь Половцев делится: «Это настоящее чудо 21 века – наблюдать за биоритмом и питанием планктона. Ведь полярный планктон питается один раз в сутки строго по часам, но никто не знает, что это за часы и как они синхронизированы у гигантского количества особей».

По словам первого проректора ТГУ, заведующего лабораторией радиофизических и оптических методов изучения окружающей среды РФФ Виктора ;Дёмина, – аналоги камеры, разработанной университетом, существуют, но сейчас происходит «первое в мире арктическое подлёдное применение ледовой биоиндикационной станции на базе погружной цифровой голографической камеры». Ледостойкая самодвижущаяся платформа «Северный полюс-42» с камерой на борту вмерзла в лёд и будет дрейфовать вместе с льдиной по Северному Ледовитому океану, передавая информацию с камеры в центр управления и обработки данных, который находится в Краснодаре. И учёные совместно с полярниками будут анализировать полученные данные об арктическом планктоне: камера позволяет регистрировать голограммы объема водной среды с планктоном, восстанавливать голографические изображения этого объема и по ним изучать размеры, форму, расположение в пространстве планктонных частиц. А также измерять основные параметры среды с использованием дополнительных датчиков.

Обработка голографических данных уже позволила определить предварительный «график питания» полярного планктона.

Ученые лаборатории радиофизических и оптических методов изучения окружающей среды РФФ ТГУ еще в 2021 году на основе своей цифровой голографической камеры нашли способ определять загрязнения водоемов по планктону – данные с камеры могут служить основой для выводов о состоянии водоема и его биологическом разнообразии. В частности, по наличию и по типам планктона в водоеме можно определять разновидности других обитателей в нём и спрогнозировать, какой будет улов у рыболовных судов. По поведенческим реакциям планктона, по тому, как он выглядит, сколько его и какой он, можно оценивать экологическое состояние водоема – что важно в акваториях, например, атомных станций, газопроводов или нефтяных платформ – объектов, где может происходить загрязнение окружающей среды.

Устройство камеры описывал Виктор Дёмин: «Для записи голограммы нужно пучок лазерного излучения пропустить через объем среды и зарегистрировать на ПЗС-камеру – это и будет осевая голограмма этого объема среды. От обычной фотографии она отличается тем, что мы можем полностью восстановить информацию о волне, прошедшей сквозь объём, а это значит – имеем всю информацию о маленьких частичках или организмах, которые в этой среде находились».

Из лазерного источника в расширитель направляется луч с излучением красного цвета. Расширитель формирует равномерный широкий пучок, который проходит через объем с частицами. То, что рассеивается на них, — предметная волна, она несет информацию об этих частицах. То, что проходит мимо, — это опорная волна, которая необходима, чтобы создавалась интерференционная картина, которую записывают на ПЗС-камеру в качестве голограммы. Метод оптической голографии позволяет исследовать частицы различного происхождения в разных средах – аэрозоли, облачные частицы (самолетный вариант), неоднородности в оптических кристаллах, стеклах (в том числе самолетных), эритроциты, морские частицы и пр.

Схема работы камеры. Источник: viu.tsu.ru/news/practices/8087/

При погружении цифровой голографической камеры в воду лазерный пучок выходит из одного герметичного корпуса, несколько раз отражается от призм и затем попадает во второй герметичный корпус, где находится камера: это та же самая осевая схема, только в сложенном виде, чтобы уменьшить габариты оборудования. Под водой вместе с цифровой голографической камерой обычно устанавливаются и дополнительные датчики, например, температуры, давления и проводимости: чем больше информации о среде обитания можно получить, тем более конкретные можно делать выводы и более комплексно исследовать проблему.

Специалисты Мурманского морского биологического института (ММБИ) РАН ранее отмечали, что планктон является ключевым компонентом водных экосистем, однако в арктических регионах он изучен недостаточно.

Фото: арктический планктон, обнаруженный в пробах воды на разных глубинах в северо-восточной части Баренцева моря во время рейса научно-исследовательского судна «Дальние Зеленцы». Источник: Минобрнауки / minobrnauki.gov.ru