Kryopelagiska organismer är organismer av vegetabiliskt och animaliskt ursprung som tillhör en speciell klass av morfologiska och ekologiska livsformer som lever i den marina pelagialen i polarområdena på undervattensytan av snabb eller drivande is eller i dess tjocklek och är förknippade med denna is genom att deras hela eller partiella livscykel . I Arktis och Antarktis bildar kryopelagiska organismer - alger , små kräftdjur , meroplankton , fiskar , samt bakterier , svampar , turbellarians och foraminifer - associerade med snabbis och packis speciella samhällen - kryopelagiska biocenoser [1] [2] [3] [4 ] [5] .
Definitionen av begreppet kryopelagiska organismer, som skiljer sig från andra kryopelagiska organismer genom villkoren för deras existens, föreslogs först relativt nyligen - 1967-1968 av den sovjetiske iktyologen A.P. Andriyashev [6] [7] , som sammanfattade den långa -term observationer av många biologer och naturforskare. Etymologiskt är termen "kryopelagisk" ett sammansatt ord som bildas av två grekiska ord - grekiska. κρύος (kryos) - kyla, frost eller is och - πέλαγος (pelagos) - fritt vatten.
Fenomenet med kryopelagiska samhällen som är nära förknippade med is är karakteristiskt för Arktis och Antarktis, där olika grupper och arter av kryopelagiska organismer nästan konstant lever på gränsen till iskallt vatten vid en konstant temperatur under 0 °C. Den höga effektiviteten hos sådana polära samhällen beror på de mest gynnsamma förhållandena för fotosyntes i encelliga alger, inte i vattenpelaren, skuggad från solljus av ett isskal, utan direkt på isytan under vattnet. Den aktiva fotosyntetiska aktiviteten hos alger leder till deras snabba reproduktion och följaktligen ackumuleringen av biomassa från primärproduktionen av alger, på grundval av vilken nästa länk utvecklas - zooplankton , representerad av små kräftdjur, främst amfipoder . De infödda i kryopelagiska samhällen, alger och djurplankton, är i huvudsak epibentiska former som utvecklas inte i själva pelagialen utan på isytan. Medan de tillfälliga invånarna i kryopelagiska biocenoser - märkliga invandrare, är pelagiska larvstadier av typiska bentiska djur som utgör kryopelagiskt meroplankton. Den sista länken till denna biocenos, som livnär sig på djurplankton, är verkliga pelagiska organismer, representerade av kryopelagiska fiskar. Kryopelagisk biocenos stänger i sin tur de högsta länkarna i den regionala näringskedjan - sjöfåglar och marina däggdjur [1] [2] [3] [5] [8] [9] .
Isens undervattensyta i Arktis och Antarktis koloniseras av hundratals arter av encelliga alger, som här finner de mest gynnsamma ljusförhållandena för sin existens. Den leriga, bruna, gula, gyllene och brungula färgen på den nedre ytan av snabbis och packis i polarområdena, som är mest uttalad under vår- och sommarsäsongen, beror främst på den intensiva säsongsmässiga utvecklingen av kiselalger som lever sprickor, porer och grottor inne i ismassan som tvättas av vatten. En liknande gulaktig "film" bildas också på huden och pälsen hos marina däggdjur. Denna artefaktiska "färgning" är särskilt märkbar hos antarktiska späckhuggare , där vita fläckar på huden blir brungula [10] .
I Arktis - i Chukchi- och Östsibiriska havet, såväl som i Laptevhavet , hittades 136 kryopelagiska alger som koloniserar isens nedre yta. Av dessa representeras de flesta, 121 arter, av kiselalger och 14 arter av dinoflagellater . De vanligaste bland kiselalger är Nitzschia frigida , N. cylindrus , N. grunovi , Navicula pelagica och andra. Bland de kryopelagiska algerna noterades också närvaron av alloktona sötvattens- och bräckvattenarter av epifytiska alger, vars närvaro i marina samhällen förklaras av avlägsnandet av ung is av sötvattenursprung från flodmynningar. [11] .
När man jämförde den primära produktionen i samband med is i Arktis och Antarktis, avslöjades fenomenet binomial bipolaritet, när liknande biologiska resultat bildades oberoende under liknande miljöförhållanden i olika polära biotas. Till exempel har arter av släktena Melosira , Pleurosigma , Nitschia , Amphiprora , Navicula , Fragilaria , Gomphonema noterats i ispåväxt i Arktis , och representanter för samma släkten Pleurosigma , Nitschia , Amphiprora och Fragilaria i Antarktis [2] .
Kräftdjur som livnär sig på kryopelagiska alger utgör den andra länken av kryopelagiska biocenoser. I båda polära biotas representeras denna grupp av epibentiska (belägen direkt på isytan) amfipoder, särskilt hyperiider (till exempel Gammarus wilkitzkii i Arktis), såväl som mindre grupper av copepoder - Harpacticoida och Calanoida. En av skillnaderna i sammansättningen av kryopelagiska samhällen i Arktis och Antarktis är att i den norra polarregionen ger mysider , särskilt Mysis polaris , ett betydande bidrag till kryopelagiska samhällen, och på våren och sommaren i Antarktis - subglacial pelagisk euphausian , främst subglacial krill ( Euphausia crystalloriphias ) och antarktisk krill ( E. superba ) [2] [4] [9] [12] .
Representanter för meroplankton, i motsats till de infödda i den autoktona kryopelagiska faunan, är som regel tillfälliga invånare i kryopelagiska samhällen, som deltar i deras liv endast i ägg- eller pelagiska larvstadierna. Det kryopelagiska meroplanktonet inkluderar huvudsakligen larver av bentiska blötdjur , tagghudingar , polychaetes och cnidarians , såväl som pelagiska ägg och pelagiska fisklarver [9] [13] . I Arktis representeras fiskmeroplankton främst av ägg och larver av polartorsk ( Boreogadus saida ) och istorsk ( Arctogadus glacialis ), och i Antarktis - av stora ( Pagothenia borchgrevinki ) och små ( Pagothenia brachysoma ) skulpiner, samt dels av antarktisk silverfisk ( Pleuragramma antarcticum ) [2] [13] .
Autoktona (inhemska) representanter för kryopelagiska biocenoser inkluderar flera typer av epipelagiska fiskar: i Arktis är dessa polartorsk och istorsk, som bildar massiva underisansamlingar, och i Antarktis en av de mest talrika fiskarna, stora och små skulpturer. Dessa fiskar lever nästan alltid i förening med is. Dessutom är den stora sculpinen mer associerad med den neritiska zonen på grunt vatten och följaktligen med landfast is, medan den lilla sculpinen huvudsakligen är associerad med drivande is. Här, på isens nedsänkta yta, hittar skulpiner mat, livnär sig på epibentiskt och pelagiskt djurplankton, samt skydd mot rovdjur, från vilka fiskar gömmer sig i sprickor och grottor i porös is. Vuxna fiskar gömmer sig främst från Weddellsälar , medan ungfiskar gömmer sig från pingviner och petreller . Långt innan upptäckten av fenomenet kryopelagiska organismer beskrev den berömda polarforskaren och kaptenen James Clark Ross beteendet hos skulpturer som gömmer sig under isen. Relativt nyligen löstes också en gåta, vars svar inte kunde hittas av de första polarforskarna, som ofta bara hittade svansdelarna på fiskar i magen på döda Weddellsälar. Nu är det redan uppenbart att sälarna som simmade upp underifrån bet av de bakre delarna av skulptörerna, som inte hann helt gömma sig i isen [2] .
Lesser sculpin (Antarktis)
Saika (Arctic)
Kryopelagiska fiskar har en rad fysiologiska anpassningar för att leva permanent i tuffa miljöförhållanden på gränsen till iskallt vatten. Sådana anpassningar, som har uppstått under loppet av miljontals år av evolution, har studerats mest fullständigt i den stora skulpturen. Denna fisk har de högsta koncentrationerna av naturliga frostskyddsmedel, representerade av glykoproteiner , som förhindrar kristallisering av blod och vävnadsvätskor vid låga temperaturer, ibland upp till -1,9 °C. Dessutom noterades också mycket höga blodkoncentrationer av hemoglobin och hematokrit . Kamouflage- och antiskuggeffekten hos denna fisk, som ständigt är belägen nära isytan, ges av närvaron av ett ljusreflekterande lager av iridoforer som ligger mellan huden och musklerna, och närvaron i ögat av en speciell silverfärgad lager "startum argentum" mellan sklera och åderhinna [14] [15] [16 ] [17] .