Ученые из Института теоретической и экспериментальной биофизики Российской Академии наук, Белорусского государственного университета и Московского государственного психолого-педагогического университета провели математический анализ данных, собранных в ходе многолетнего мониторинга экосистемы Нарочанский озёр (Белоруссия), и обнаружили естественный показатель (индикатор), который позволяет численно охарактеризовать изменения, произошедшие в этой экосистеме. Результаты работы опубликованы в журнале Scientific Reports.

Учёные Белорусского государственного университета уже много лет проводят измерения колебаний численности популяций планктона, а также – вариаций во времени колебаний температуры и концентраций в воде биологических ресурсов – биогенов (например, азота и фосфора), которые необходимы для жизнедеятельности планктонных популяций. Эти измерения представляют существенный интерес, поскольку именно от микроводорослей (фитопланктона) в значительной мере зависит общее состояние и продуктивность озёр.

В конце 80-х – начале 90-х годов прошлого века экосистема Нарочанских озёр подверглась биологической инвазии, т. е. вторжению посторонних для этих озёр животных, рачков дрейссены. Эти рачки активно питаются мелкими организмами, например, планктоном. В результате их инвазии, причина которой до конца не выяснена, колебания численности планктонных организмов претерпели существенные изменения. Ещё одной причиной трансформации, т. е. изменения состояния Нарочанских озёр, явилась организация на берегах этих озёр заповедника, в результате чего сократилось поступление биогенов в озёрную экосистему; до создания заповедника это поступление в значительной мере определялось сельскохозяйственными работами.

Многие экосистемы на нашей планете подвергаются как антропогенным, т. е. зависящим от человеческой деятельности, воздействиям, так и вторжениям посторонних организмов, биологической инвазии. Трансформация Нарочанских озёр не является исключением. В связи с этим возникает следующая проблема: возможно ли многочисленные изменения, характерные для разнообразных процессов, протекающих в экосистемах в ходе их трансформации, охарактеризовать единственным численным показателем, индикатором? Это – трудная задача. Она требует тщательного анализа всего массива данных, полученных в ходе измерений. Однако далеко не во всех экосистемах осуществляется длительный и регулярный сбор данных, характеризующих их состояние. В Нарочанских озёрах такой мониторинг проводится белорусскими учёными уже в течение многих лет, и это позволило российским учёным использовать имеющиеся в их распоряжении современные методы анализа данных с тем, чтобы попытаться выявить такой индикатор. Попытка привела к успеху.

Исследование прокомментировал руководитель Лаборатории биофизики возбудимых сред Института теоретической и экспериментальной биофизики Российской Академии наук, профессор, доктор физико-математических наук Александр Берельевич Медвинский: «Мы проанализировали взаимосвязи многих факторов. В результате было показано, что именно фазовая синхронизация нерегулярных во времени колебаний концентраций хлорофилла и общего фосфора могут характеризовать трансформацию исследуемой экосистемы. Фазовая синхронизация, которая отсутствовала до трансформации, стала характеризовать состояние озёрной экосистемы после изменения этого состояния. Таким образом, оценки фазовой синхронизации колебательных процессов, которые широко применяются в ходе изучения мозга, оказались эффективным инструментом исследования экологических процессов».

Работа поддержана Российским научным фондом (грант 20-54-00017), Белорусским республиканским фондом по фундаментальным исследованиям и Министерством образования Республики Беларусь.

Материал подготовила Алсу Дюкина.
Источник: пресс-служба ИТЭБ РАН.