Учёные Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН совместно с коллегами из Национального научного центра морской биологии им. А.В. Жирмунского ДВО РАН, Дальневосточного Федерального университета, Санкт-Петербургского государственного Университета, Камчатского филиала Института географии ДВО РАН и Палентологического института им. А.А. Борисяка РАН исследовали донную фауну гидротермальных сообществ подводного вулкана Пийпа в юго-западной части Берингова моря.

Материал также опубликован на Мультимедийном портале ПОИСК: https://poisknews.ru/okeanologiya/donnuyu-faunu-podvodnogo-vulkana-pijpa-issledovali-uchyonye/

С момента открытия глубоководных гидротермальных сообществ в 1976 г. в районе Галапагосского рифта активно ведется изучение этих уникальных экосистем в различных районах Мирового океана. Важнейшими отличительными чертами среды обитания вблизи гидротермальных выходов являются высокая температура и обогащение вод восстановленными соединениями (H₂S, CH₄ и др.), при бактериальном окислении которых синтезируется органическое вещество путем хемосинтеза и/или метанотрофии. Сообщества, развивающиеся вблизи гидротермальных источников, несмотря на токсичные условия, являются одними из самых продуктивных в глубоководье Мирового океана и весьма своеобразными с точки зрения таксономического состава и структуры сообществ. Исследование гидротермальных сообществ осложняется тем, что традиционные методы сбора донного материала (тралы, дночерпатели, драги) не применимы в районах гидротермальных выходов, характеризующихся сложным рельефом дна и крайне мозаичным распределением фауны. Как правило, для изучения таких районов используют подводные аппараты, в том числе телеуправляемые.

Национальным научным центром морской биологии им. А.В. Жирмунского ДВО РАН спустя 26 лет было продолжено изучение глубоководных гидротермальных сообществ подводного вулкана Пийпа в Беринговом море в ходе двух комплексных морских экспедиций в 2016 и 2018 гг. на НИС «Академик М.A. Лаврентьев».

Маршрут движения НИС «Академик Лаврентьев» из г. Владивостока к месту проведения научных работ на вулкане Пийпа (Берингово море).

Расположение вулкана Пийпа и его батиметрическая карта.

Ещё в 1990 г. в ходе 22-го рейса НИС «Академик Мстислав Келдыш» с применением глубоководных обитаемых аппаратов «Мир 1» и «Мир 2» было проведено биологическое обследование на вершинах вулкана Пийпа и обнаружены обширные бактериальные маты, маркирующие выходы гидротермальных растворов, а также популяция специализированного облигатного для восстановительных биотопов двустворчатого моллюска Calyptogena pacifica (Vesicomyidae: Pliocardiinae), живущего в симбиозе с внутриклеточными сульфид-окисляющими бактериями.

Возраст вулкана Пийпа датируется поздним Миоценом - ранним Плиоценом; он является самым западным действующим вулканом Алеутской островной дуги. Гидротермальная активность была зарегистрирована только на двух из трех его вершин - Северной (минимальная глубина 368 м) и Южной (минимальная глубина 464 м). Гидротермальные биотопы вулкана Пийпа характеризуются наличием активных ангидритовых (Северная вершина) или карбонатных (Южная вершина) гидротермальных построек, испускающих флюиды с зарегистрированными температурами ~132°C на Северной вершине и ~10°C на Южной вершине с преобладанием метана в газовой фракции (до 98%) и повышенными концентрациями тяжелых металлов. Вулкан Пийпа является самым северным активным гидротермальным районом в Тихом океане. Кроме того, на вулкане Пийпа находится единственная действующая глубоководная гидротерма в акватории России.

Гидротермальные сообщества вулкана Пийпа расположены в зоне верхней батиали на глубинах от ~368 до ~ 500 м. Гидротермальные сообщества этих глубин мало изучены, однако крайне важны для понимания тенденций изменения видового разнообразия с глубиной. Ранее было показано, что число облигатных для восстановительных биотопов видов, их таксономический ранг, а также доля хемосимбиотрофных видов резко увеличиваются в сообществах на глубинах более 200м вслед за уменьшением с глубиной доступности органики фотосинтетического происхождения и увеличением роли органики хемосинтетического происхождения.

НИС «Академик М.А. Лаврентьев».

Видео- и фотопрофилирование донных ландшафтов вулкана Пийпа, а также отбор донных проб в 2016 и 2018 годах были выполнены с помощью ТНПА «Команч-18» с рабочей глубиной погружения до 6000 м, оборудованного комплексом научно-исследовательского и навигационного оборудования http://rov-imb.ru/comanche-18/ . В общей сложности было выполнено 20 погружений подводного аппарата, проведено видеонаблюдение в течение 57 часов, отобрано более 30 качественных и количественных проб со дна, получено более 1500 фотографий.

Телеуправляемый необитаемый подводный аппарат (ТНПА) «Команч-18».

Лаборатория по управлению работой ТНПА «Команч-18» на борту судна.

Всего на обеих вершинах вулкана и верхнем склоне на глубинах от 368 до 495 м было идентифицировано более 130 видов макро- и мегафауны, из которых не менее 25% являются новыми для науки. Для сравнения, в предыдущем исследовании 1990 года было отмечено только 30 видов, причем в большем диапазоне глубин (450-900 м). Очевидно, что с продолжением морфологических и генетических исследований собранной коллекции животных, число описанных новых для науки видов с вулкана Пийпа будет возрастать.

Взятие образца геологической породы, покрытой белым бактериальным матом, гидравлическим манипулятором ТНПА «Команч-18» в зоне гидротермальных выходов на вулкане Пийпа.

Общее число видов на Северной и Южной вершинах вулкана Пийпа было примерно одинаковое (90 и 85 видов соответственно). Число видов на участках без бактериальных матов было в полтора раза выше на Северной вершине, чем на Южной. Число же видов на участках с бактериальными матами, напротив, было в два раза выше на Южной вершине, чем на Северной. Отличительной чертой Южной вершины было наличие поселений хемосимбиотрофных моллюсков Calyptogena pacifica. На Северной вершине была найдена только одна пустая хорошо сохранившаяся раковина C. pacifica на глубине 406 м. Причины отсутствия калиптоген на Северной вершине на сегодняшний день до конца не ясны. Среди возможных факторов могут быть различия в составе гидротермальных флюидов на вершинах (более высокие концентрации микроэлементов и, возможно, сульфидов во флюидах на Северной вершине по сравнению с Южной), а также меньшая глубина Северной вершины (глубина, на которой обнаружены гидротермальные проявления, близка к верхней границе вертикального распространения известного для C. pacifica, где только единичные особи обычно встречаются). Моллюски рода Calyptogena - это крупные двустворчатые моллюски, известные как организмы, обладающие ярко выраженной средообразующей способностью в восстановительных биотопах. Их присутствием среди бактериальных матов, отчасти может объясняться более высокое число видов на участках с бактериальными матами на Южной вершине, чем на Северной. Наиболее массовыми видами на участках с бактериальными матами на обеих вершинах были гастроподы Parvaplustrum wareni и Provanna annae, амфиподы Onesimoides sp., лептостраки Nebalia piipensis и изоподы Eurycope andreyi.

Активная гидротермальная постройка с выходящими из нее горячими гидротермальными растворами на Северной вершине вулкана Пийпа, глубина 382 м.

Отличительная особенность состава фауны гидротермальных сообществ вулкана Пийпа заключается в значительном числе таксонов облигатных для восстановительных биотопов, в том числе ранга семейства Provannidae и подсемейства Pliocardiinae. Девять видов (7%) были отмечены как облигатные или потенциально облигатные для восстановительных биотопов, из низ 5 видов ранее не были известны: это двустворчатые моллюски Calyptogena pacifica (Vesicomyidae: Pliocardiinae), брюхоногие моллюски Parvaplustrum wareni (Parvaplustridae) и Provanna annae (Provannidae), амфиподы Onesimoides sp. (Tryphosidae), лептостраки Nebalia piipensis (Nebaliidae), изоподы Eurycope andreyi (Munnopsidae) и полихеты Neosabellides uschakovi (Ampharetidae), Ophryotrocha beringiana (Dorvilleidae) и Harmothoe globosa (Polynoidae). Среди семейств Tryphosidae и Munnopsidae были впервые отмечены потенциально облигатные для восстановительных условий представители. Кроме того, яркой чертой гидротермальных сообществ вулкана Пийпа являются многочисленные поселения прикрепленных фоновых животных, кораллиморфарий, обыкновенных и известковых губок, а также бентопелагических медуз в зоне бактериальных матов, где они могут использовать богатый трофический ресурс гидротермального биотопа.

Новый вид гастропод, описанный с вулкана Пийпа, Parvaplustrum wareni, образующий массовые поселения в зоне толстых бактериальных матов.

Многочисленное поселение нового вида гастропод, Provanna annae, вблизи толстых бактериальных матов.

 Новый вид тонкопанцирных ракообразных, Nebalia piipensis, обитающих вблизи бактериальных матов на вулкане Пийпа.

 Поселения высокоспециализированных облигатных хемосимбиотрофных двустворчатых моллюсков Calyptogena pacifica на Южной вершине вулкана Пийпа.

Поселения зоантарий, кораллиморфарий, альционарий и актиний на вершине вулкана Пийпа в стороне от гидротермальных проявлений.

«В этом исследовании мы получили лишь первые данные о таксономическом составе и структуре сообществ из гидротермальных местообитаний вулкана Пийпа. Исследование значительно увеличило число видов, известных для Берингова моря: как минимум 32 вида оказались новыми для науки, среди них есть и специализированные облигатные для восстановительных условий виды. Несмотря на то, что на вулкане Пийпа работали три биологические экспедиции, фаунистический состав местных бентосных сообществ до сих пор не полностью известен. Ожидается, что новые экспедиции в этот район значительно увеличат число известных видов из гидротермального биотопа. В настоящее время проводятся морфологические и молекулярные исследования собранных коллекций животных, они позволят уточнить таксономический состав сообществ вулкана, закономерности географического и батиметрического распространения различных видов, включая облигатных для восстановительных биотопов, а также фаунистические и популяционно-генетические связи сообществ вулкана Пийпа с сообществами из восстановительных биотопов в других районах, в том числе с относительно недалеко расположенными (~800 м) сообществами метановых выходов на Корякском склоне в Беринговом море, открытыми в 2018г российскими учеными. Дальнейшие комплексные исследования вулкана Пийпа, включающие, в том числе, измерение геохимических параметров, помогут лучше понять его весьма своеобразную экосистему», - прокомментировала первый автор исследования, старший научный сотрудник Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН кандидат биологических наук Елена Рыбакова.

Исследование сообществ гидротермальных выходов в дальневосточных морях РФ позволяет расширить представления об особенностях формирования экосистем в специфических условиях обитания гидротермальных биотопов. Районы гидротермальных выходов на шельфе и склоне представляют интерес с точки зрения добычи полезных ископаемых. Знания о морских сообществах необходимы для организации подобного рода деятельности. Кроме того, в настоящее время обсуждаются планы по организации особо охраняемой природной территории (ООПТ) в районе вулкана Пийпа, как пока единственной действующей глубоководной гидротермы в акватории России. Соответственно, необходимы знания по особенностям фаунистического состава и структуры сообществ в данном районе, а также мониторинг происходящих в нем изменений.

A. дацитовые лавы (d) с брахиоподами (b), полиплакофорами (p), губками (s), альционариями (a) и кораллиморфами (c), рыбами (Sebastes sp.) (f), Северная вершина, 393 м; B. актиниарии (ac), зоантарии (z), кораллиморфарии и альционарии, Северная вершина, 366 м; C. мелкозернистые осадок (fs), Южная вершина, 465 м; D. Карбонаты с кораллиморфариями, Южная вершина, 463 м.

Публикация поддержана грантом Министерства науки и высшего образования РФ «Фундаментальные проблемы изучения и сохранения глубоководных экосистем в потенциально рудоносных районах северо-западной части Тихого океана».

Также, в материале одного из соавторов статьи - старшего научного сотрудника кафедры прикладной экологии СПбГУ Ивана Нехаева, о брюхоногих моллюсках, найденных в разных восстановительных сообществах Берингова моря, сообщал в 2022 г. портал «Научная Россия»: Российские ученые обнаружили и изучили новые виды улиток в Тихом океане.

Другие материалы по истории изучения вулкана Пийпа:

• Геопортал Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН: http://geoportal.kscnet.ru/volcanoes/volc?name=Piip&ysclid=lk655lp4ku425558196
• Мелекесцев И.В. Особенности геоморфологии и истории формирования массива Вулканологов в Беринговом море (новая версия) // Вестник КРАУНЦ. Серия: Науки о Земле. 2014. Вып. 23. № 1. С. 200-212. http://repo.kscnet.ru/1964/1/art16.pdf
• Селиверстов Н.И. Геологическое строение и гидротермальная активность подводного вулкана Пийпа / Геодинамика зоны сочленения Курило-Камчатской и Алеутской островных дуг. Петропавловск-Камчатский: КамГУ им.Витуса Беринга. 2009. 191 с. http://repo.kscnet.ru/3871/1/chapter1_5.pdf