Фундаментальные проблемы изучения и сохранения глубоководных экосистем в потенциально рудоносных районах Северо-Западной части Тихого океана
№ гранта: 075-15-2020-796
Номер госрегистрации: АААА-А20-120120490003-8
Руководитель: академик РАН Адрианов А.В.
Цель проекта
Целью настоящего проекта является изучение разнообразия и особенностей формирования и функционирования глубоководных экосистем в потенциально рудоносных районах Берингова, Охотского и Японского морей, а также прилегающих районов северо-западной части Тихого океана; изучение особенностей формирования их биологического разнообразия; определение возможностей и технологий сохранения уникальных глубоководных экосистем и биологического разнообразия в условиях возможной эксплуатации сосредоточенных в этих районах месторождений полезных ископаемых.
Задачи проекта
- Обобщение уже имеющихся и получение новых экспедиционных данных по разнообразию глубоководных экосистем дальневосточных морей России и прилегающих районов северо-западной части Тихого океана; описание и зонирование донных ландшафтов, описание биологического разнообразия и сравнительное изучение донной биоты в потенциально рудоносных районах с использованием телеуправляемых (ТПА) и автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА), а также других современных робототехнических средств.
- Изучение биогеохимических процессов в глубоководных осадках, газовых выходах, гидротермальных источниках, бактериальных матах; определение их влияния на глубоководные морские экосистемы в районах исследования.
- Изучение механизмов функционирования уникальных глубоководных экосистем, в том числе в условиях гидротермальных проявлений, формирующих особые условия жизнедеятельности глубоководных организмов; изучение адаптаций глубоководных животных к условиям среды.
- Изучение генетического разнообразия в популяциях массовых видов глубоководных гидробионтов; метагеномные исследования.
- Исследования липидома глубоководных животных и определение биохимических маркеров для определения трофических и симбиотических взаимосвязей и пищевых цепей в глубоководных донных сообществах; изучение уникальных жирных кислот.
- Оценка возможностей практического использования глубоководных гидробионтов, в том числе в качестве источника новых биологически активных соединений и элементов функционального питания; фармакологические исследования.
- Изучение фундаментальных основ для разработки технологий количественной оценки глубоководных биологических ресурсов и определения возможностей сохранения уникальных глубоководных экосистем в условиях природопользования; разработка фундаментальных основ создания глубоководных ООПТ, в том числе вне зон национальных юрисдикций.
- Выделение уникальных подводных экосистем («коралловые сады», каньоны, горы, газогидротермы), которые могут быть объектами будущих глубоководных ООПТ (особо охраняемых природных территорий/акваторий) с целью их сохранения в условиях потенциального природопользования.
Ожидаемые результаты
Описание донных ландшафтов и биологического разнообразия:
- В рамках обобщения данных, полученных в ходе уже выполненных ННЦМБ ДВО РАН в 2010-2019 гг. 10 морских экспедиций завершение описания донных ландшафтов и оценка биологического разнообразия уникальных глубоководных экосистем в исследуемых районах северо-западной части Тихого океана, характеризующихся рудоносными и потенциально рудоносными участками.
- Выполнение вертикального зонирования северного и южного склонов вулкана Пийпа (массив Вулканологов, Берингово море) с описанием фоновых сообществ и биологического разнообразия от подножия до вершины, в том числе на участках гидротермальной активности и локализации глубоководных полиметаллических сульфидов (ГПС).
- Выполнение вертикального зонирования гайотов Императорского хребта (Мейдзи, Детройт, Суйко, Нинтоку, Оджин, Коко) с описанием уникальных донных сообществ в районе выходов вулканических лав и кобальтоносных марганцевых корок.
- Продолжение описания новых таксонов глубоководных организмов исследуемых экосистем. Будет завершено описание сообществ метановых сипов в районе Баритовых гор в котловине Дерюгина Охотского моря.
- Продолжение описания новых таксонов глубоководных организмов исследуемых экосистем. Завершение гидробиологического описания Гамовского каньона (залив Петра Великого, Японское море, до 2000 м). Продолжение изучения донных сообществ на континентальном склоне Курильских островов в районе Южных и Средних Курил, в том числе на участках газогидротермальной активности и холодных газовых просачиваний.
Биогеохимические исследования:
- Получение данных о функциональных свойствах глубоководных анаэробных микробиальных метаногенных сообществ экстремальных экосистем в зонах метановых выходов.
- Продолжение исследования функциональных свойств глубоководных анаэробных микробиальных метаногенных сообществ экстремальных экосистем в зонах метановых выходов.
- Молекулярно-биологические и цитологические исследования:
- На примере массовых видов из глубоководных сообществ в районах исследования изучение адаптационных механизмов гидробионтов (кораллы, моллюски, ракообразные, иглокожие) к обитанию в экстремальных условиях среды, в том числе в условиях глубоководной гидротермальной активности и газовых сипов.
- На примере иглокожих (голотурии, морские звезды, морские лилии) изучение уникальных способностей и механизмов регенерации глубоководных организмов.
Биохимические исследования:
- Расшифровка липидома массовых видов глубоководных беспозвоночных животных (ракообразные и иглокожие), в том числе имеющих промысловое значение (крабы и иглокожие); поиск новых жирных кислот и молекулярных видов липидов, имеющих потенциальную биологическую активность.
- С использованием биохимических методов и методов изотопного анализа выясненение трофических взаимосвязей и пищевых стратегий в глубоководных донных сообществах.
Генетические исследования:
- Выполнение секвенирования метагеномов сообществ экстремофильных микроорганизмов на основе секвенирования 16S рРНК с целью получения представлений об их составе и разнообразии.
- Реконструкция метаболических путей как отдельных микроорганизмов, так и микробных сообществ с целью понимания их роли в экологических процессах.
- Оценка генетического разнообразия в популяциях массовых видов глубоководных гидробионтов, представляющих интерес в качестве потенциально ресурсных видов, а также источников уникальных биологически активных соединений.
Фармакологические исследования:
- Массовый скрининг уже отобранных биологических образцов, а также нового биологического материала, полученного в ходе выполнения проекта (микроорганизмы и беспозвоночные животные (голотурии, морские звезды, офиуры, губки и др.)). Экстракция биологически активных веществ.
- Методами хроматографии получение индивидуальных соединений биологически активных веществ для установления их химической структуры.
Ресурсная оценка и природоохранные рекомендации:
- На основе комплексного изучения данных глубоководных экосистем и оценки их уникальности разработка практических рекомендаций по рациональному природопользованию либо по организации в этих районах глубоководных ООПТ.
Расположение вулкана Пийпа и его батиметрическая карта.
Требования к выполняемым работам
- В качестве районов исследования выбраны акватории с потенциально рудоносными участками (ЖМК, КМК, ГПС), где также отмечены уникальные глубоководные экосистемы с высоким биологическим разнообразием: (1) гайоты Императорского хребта; (2) подводный вулкан Пийпа и (3) метановые источники на чукотском склоне в Беринговом море; (4) Баритовые горы в Охотском море; (5) Гамовский каньон в Японском море; (6) континентальные склоны Южных и Средних Курил.
- Для изучения УМЭ (уязвимые морские экосистемы - УМЭ), могут применяться только подводные робототехнические средства, не наносящие повреждений донным ландшафтам и сообществам и обеспечивающие «штучное» изъятие биологических объектов для лабораторных исследований.
- Хранение полученного биологического материала предусмотрено в условиях роботизированного «Морского Биобанка» ННЦМБ ДВО РАН для его дальнейшего использования для последующих молекулярно-биологических, генетических, биохимических и фармакологических исследований.
Исполнители проекта
- Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Национальный научный центр морской биологии им. А.В. Жирмунского» Дальневосточного отделения Российской академии наук.
- Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Дальневосточный федеральный университет».
- Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева» Дальневосточного отделения Российской академии наук.
- Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт проблем морских технологий им. академика М.Д. Агеева» Дальневосточного отделения Российской академии наук.
- Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г.Б. Елякова» Дальневосточного отделения Российской академии наук.
- Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт океанологии им. П.П. Ширшова» Российской академии наук.
Этапы проекта
Этап 1
Начало: 30.09.202.
Окончание: 31.12.2020.
Статус: выполнен.
Посмотреть/Загрузить отчет.
В рамках обобщения данных, полученных в ходе уже выполненных в 2010-2019 гг. 10 морских экспедиций завершено описание донных ландшафтов и оценка биологического разнообразия уникальных глубоководных экосистем в исследуемых районах северо-западной части Тихого океана, характеризующихся рудоносными и потенциально рудоносными участками.
Типичные представители Echinodermata, Императорский Хребет. А – фиолетовый мягкопанцирный еж, Б – морская звезд-бризингида Brisingidae, В – массовый вид офиур на 1400–2000 м, Г – глубоководная голотурия, Д – стебельчатая морская лилия.
Этап 2
Начало: 01.01.2021.
Окончание: 31.12.2021.
Статус: выполнен.
Посмотреть/Загрузить отчет.
Выполнено вертикальное зонирование северного и южного склонов вулкана Пийпа (массив Вулканологов, Берингово море) с описанием фоновых сообществ и биологического разнообразия от подножия (4300 м) до вершины (340 м), в том числе на участках гидротермальной активности и локализации глубоководных полиметаллических сульфидов (ГПС).
Выполнено вертикальное зонирование гайотов Императорского хребта (Мейдзи, Детройт, Суйко, Нинтоку, Оджин, Коко) с описанием уникальных донных сообществ в районе выходов вулканических лав и кобальтоносных марганцевых корок.
Продолжено описание новых таксонов глубоководных организмов исследуемых экосистем. Завершено описание сообществ метановых сипов в районе Баритовых гор в котловине Дерюгина Охотского моря.
Получены первые данные о функциональных свойствах глубоководных анаэробных микробиальных метаногенных сообществ экстремальных экосистем в зонах метановых выходов.
На примере массовых видов из глубоководных сообществ в районах исследования изучены адаптационные механизмы гидробионтов (кораллы, моллюски, ракообразные, иглокожие) к обитанию в экстремальных условиях среды, в том числе в условиях глубоководной гидротермальной активности и газовых сипов.
Проведена расшифровка липидома массовых видов глубоководных беспозвоночных животных (ракообразные и иглокожие), в том числе имеющих промысловое значение (крабы и иглокожие). Найдены новые жирные кислоты и молекулярные виды липидов, имеющих потенциальную биологическую активность.
Выполнено секвенирование метагеномов сообществ экстремофильных микроорганизмов на основе секвенирования 16S рРНК с целью получения представлений об их составе и разнообразии.
Продолжен массовый скрининг уже отобранных биологических образцов, а также нового биологического материала, полученного в ходе выполнения проекта (микроорганизмы и беспозвоночные животные (голотурии, морские звезды, офиуры, губки и др.)). Получены экстракты биологически активных веществ.
Фрагменты натурных испытаний ПМР с АНПА ММТ-3000 разработки ИПМТ ДВО РАН.
Этап 3
Начало: 01.01.2022.
Окончание: 31.12.2022.
Статус: выполнен.
Посмотреть/Загрузить отчет.
Описаны новые таксоны глубоководных организмов исследуемых экосистем. Завершить гидробиологическое описание Гамовского каньона (залив Петра Великого, Японское море, до 2000 м). Продолжено изучение донных сообществ на континентальном склоне Курильских островов в районе Южных и Средних Курил, в том числе на участках газогидротермальной активности и холодных газовых просачиваний.
Продолжены исследования функциональных свойств глубоководных анаэробных микробиальных метаногенных сообществ экстремальных экосистем в зонах метановых выходов.
На примере иглокожих (голотурии, морские звезды, морские лилии) изучены уникальные способности и механизмы регенерации глубоководных организмов.
С использованием биохимических методов и методов изотопного анализа выяснены трофические взаимосвязи и пищевые стратегии в глубоководных донных сообществах
Реконструированы метаболические пути как отдельных микроорганизмов, так и микробных сообществ с целью понимания их роли в экологических процессах.
Оценено генетическое разнообразие в популяциях массовых видов глубоководных гидробионтов, представляющих интерес в качестве потенциально ресурсных видов, а также источников уникальных биологически активных соединений.
Методами хроматографии получены индивидуальные соединения биологически активных веществ для установления их химической структуры.
На основе комплексного изучения данных глубоководных экосистем и оценки их уникальности даны практические рекомендации по рациональному природопользованию и по организации в этих районах глубоководных ООПТ.
Исследуемые виды голотурий: (А) Psolidium sp.; (B) Scotoplanes kurilensis; (С) Paelopatides sp.; (D) Pannychia henrici; (Д) Пример совместного нахождения нескольких видов детритофагов, глубина около 1950 м (P.h. – Pannychia henrici; Pael.sp. – Paelopatides sp.; Q.m. – Quatuoralisia malahovi). Расстояние между лазерами 45 мм.
