Исследователи Томского государственного университета работают над созданием инновационной методики для наблюдения за планктоном с целью своевременного обнаружения экологических проблем в водных бассейнах. Эта технология обеспечивает более точное толкование данных, которые собираются посредством погружаемой цифровой голографической камеры, предназначенной для неинвазивного изучения планктона.
Ученые ТГУ предлагают методику, включающую спектральный анализ, что позволяет исследовать ритмы жизни и поведенческие изменения планктона как индикатора экологического благополучия и выявлять отклонения на начальных этапах.
Стандартные подходы к оценке качества водоемов часто не позволяют вовремя обнаружить проблемы. В отличие от них, разработки радиофизиков ТГУ направлены на раннее выявление экологических нарушений. Они основаны на данных о состоянии планктона в его естественной среде; за сбор этих данных отвечает голографическая камера, опускаемая в воду.
Разработанная в лаборатории радиофизических и оптических методов изучения окружающей среды радиофизического факультета (РФФ) ТГУ подводная цифровая голографическая камера предназначена для изучения планктона. Камера способна фиксировать объемные голограммы водной среды с планктоном, восстанавливать изображения и анализировать размеры, форму и распределение частиц планктона в пространстве без их воздействия.
С помощью камеры регистрируются голографические данные, которые используются для определения характеристик планктона, включая его поведение. После сбора информации ученые применяют спектральный анализ, аналогичный тому, что используется в атомной и молекулярной спектроскопии. Это позволяет анализировать динамику концентрации различных видов планктона, выявлять их ритмы и отслеживать изменения.
Этот подход к мониторингу планктона выходит за рамки простого подсчета особей. Спектральный анализ позволяет выявлять характерные частоты и периоды – биоритмы, связанные с жизненным циклом планктона. Анализируя спектры концентраций различных видов планктона, мы получаем «отпечатки», которые позволяют судить о биоразнообразии в водоеме или морской акватории. Важно, что мы можем характеризовать биоразнообразие и наличие или отсутствие определенных биоритмов, имея лишь ряд последовательных измерений концентрации планктона, – добавил
- Виктор Дёмин, первый проректор ТГУ, руководитель лаборатории радиофизических и оптических методов изучения окружающей среды радиофизического факультета (РФФ) ТГУ
Спектральный анализ дает возможность построения графиков, демонстрирующих отклонения в биоценозе планктона, например, автоколебательные процессы, численность и ритмику. Планктон выступает здесь как индикатор экологического состояния, указывающий на загрязнения и другие негативные влияния.
В рамках исследований ученые ТГУ изучают изменения в циркадных ритмах планктона, фототаксисе и энтропии видов. Нарушения этих показателей сигнализируют о проблемах; каждый параметр имеет свой период реагирования. Сбои в биоритмах могут быть заметны уже через час, тогда как изменения в энтропии указывают на более серьезные и долгосрочные проблемы.
Выявленные изменения в ритмике планктона, вызванные как внутренними, так и внешними факторами – загрязнением или иным воздействием, могут говорить о неблагополучии экосистемы. Такой спектральный метод исследования поведения планктона как биоиндикатора будет особенно полезен для мониторинга акваторий вблизи опасных объектов, таких как атомные электростанции, нефтяные платформы и газопроводы. Наша цель – предоставить инструмент для ранней диагностики, чтобы предотвратить экологические катастрофы и вовремя принять меры по защите водоемов.
- Виктор Дёмин
Ученые уже провели первые успешные испытания метода, результаты опубликованы в научном журнале «Scientific Reports» («Nature», Q1).
Фото на обложке: цифровая голографическая камера ТГУ на борту платформы «Северный полюс-42». Источник: ТГУ
