Оптические контактные методы мониторинга гидросферы и их возможное использование в новых научных направлениях

  C.А. Шоларь, М.Е. Ли

 Морской гидрофизический институт РАН, РФ, г. Севастополь, ул. Капитанская, 2

Email: sa.sholar@mail.ru

DOI: 10.33075/2220-5861-2018-4-17-26

УДК 681.3.06; 535.8; 557.583; 578.4(262.5)

Реферат:

   Оптические методы широко используются в системах мониторинга различных акваторий в связи с присущей им оперативностью получения информации о состоянии водной среды. Данные, получаемые в ходе оптических исследований, используются гидрологами, гидробиологами и другими специалистами, чьи интересы связаны с оптикой моря. Использование оптических экспрессных методов позволяет получать информацию о требуемых характеристиках воды, гидробионтов, растворимого органического вещества и пр. in situ в реальном масштабе времени, без отбора проб и их подготовки.

    Цель настоящей работы — проведение литературного поиска по проблеме использования контактных оптических методов при изучении одноклеточных гидробионтов, а также их паразитов – водных вирусов — с установлением возможности влияния вирусного лизиса на некоторые физические параметры среды их обитания.

    В работе были рассмотрены основные оптические методы мониторинга состояния водной среды. При этом в ходе литературного обзора было выявлено, что контактные оптические методы активно используются для изучения распределения биомассы фитопланктона, фотосинтетической активности радиации и при анализе состава воды загрязнениями в виде растворенного органического и взвешенного вещества.

   Однако для исследования влияния вирусного лизиса на оптические свойства воды, как среды обитания водных вирусов (нано размерных гидробионтов), контактные оптические методы, по данным литературы, практически не применяются. В ходе литературного поиска были найдены теоретические подтверждения возможности использования контактных оптических методов для изучения вирусов гидросферы и их роли в функционировании биологических и экологических систем водоемов. А первые эксперименты по изучению влияния вирусного лизиса на прозрачность морской воды, выполненные в 2018 г., моделирующие цветение фитопланктона и пик численности альговирусов, установили роль вирусного лизиса в повышении прозрачности среды их обитания – морской воды.

   На основании выполненного литературного обзора и с учетом первых практических результатов, в получении которых участвовал один из авторов, выдвинуто предположение, что использование контактных оптических методов в (морской) вирусологии — позволит получить новые факты о роли вирусов в функционировании биосистем водоемов и об их влиянии на некоторые физические параметры среды их обитания.

Ключевые слова: контактные оптические методы, спектральный измеритель показателя ослабления направленного света, оптика моря, вирусы моря, фотосинтетическая активность, флуоресценция, показатель ослабления света (ПОС).

Полный текст в формате PDF

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Монин А.С. Оптика океана: Прикладная оптика океана. М.: Наука, 1983. Т. 2. 326 с.
  2. Ли М.Е., Шибанов Е.Б., Мартынов О.В. Измерения спектральных свойств вертикального распределения горизонтальной облученности // Современные проблемы оптики естественных вод. М., 2015. С. 271–277.
  3. Винберг Г.Г. Продуктивность и охрана морских и пресных водоёмов. М.: Наука, 1989. 135 с.
  4. Сиренко Л.А., Сакевич А.И., Осипович Л.Ф. Методы физиолого-биохимического исследования водорослей в гидробиологической практике. Киев: Наукова думка, 1975. 247 с.
  5. Ли М.Е., Ли Р.И., Мартынов О.В. Определение биооптических свойств вод по измерениям спектральных характеристик флюоресценции и рассеяния света в морской среде // Системы контроля окружающей среды. 2014. Вып. 20. С. 74–83.
  6. Вавилова В.В., Чернявский Е.Б. О пятнах фитопланктона в море // Промысловая океанология. 1977. № 3. С. 1–18.
  7. Lorenzen C.J. A method for the continuous measurement of the in vivo Chlorophyll concentration // Deep-Sea Research. 1966. Vol. 13. Р. 223–227.
  8. Cullen J.J. The deep Chlorophyll maximum: Comparing vertical profiles of Chlorophyll // Can. J. Fish. Aquat. Res. 1982. Vol. 39. Р. 791–803.
  9. Dickey T. The emergence of concurrent high-resolution physical and bio-optical measurements in the upper ocean // Rev. Geophys. 1991. Vol. 29. P. 383–413.
  10. Behrenfeld M.J., Westberry T.K., Boss E.S. et al. Satellite-detected fluorescence reveals global physiology of ocean phytoplankton // Biogeosciences. 2009. Vol. 6. Р. 779–794.
  11. Gower J.F.R., Brown L., Borstad G.A. Observation of chlorophyll fluorescence in west coast waters of Canada using the MODIS satellite sensor // Can. J. Remote Sens. 2004. Vol. 30. Р. 17–25.
  12. Twardowski M.S., Boss E., Macdonald J.B., Pegau W.S., Barnard A.H., Zaneveld J.R.V. A model for estimating bulk refractive index from the optical backscattering ratio and the implications for understanding particle composition in case I and case II waters // J. Geophys. Res. 2001. Vol. 106. P. 14 129–14 142.
  13. Ли М.Е., Мартынов О.В., Латушкин А.А. Прибор для определений содержания взвеси и растворенного органического вещества в морской воде по измерениям показателя ослабления света от ближней уф до красной области спектра // Интегрированная система мониторинга Черного и Азовского морей: Междунар. науч. конф.  (г. Севастополь, МГИ НАНУ, 24–27 сентября 2013 г.). 2013. С. 31–35.
  14. Jerlov N.G. Optical Measurements in the Eastern North Atlantic // Med. Oceanogr. Inst. 1961. Vol. 30. P. 1–40.
  15. Ochakovsky Yu.E. On the dependence of the total attenuation coefficient upon suspensions in the sea // US Dept. Commerce, Joint Publ. Res. Serv. Rep. 1966. Vol. 36. № 816. P. 16–
  16. Jaksonvil J.M. Transmissometer Manual. Oregon: Sea Tech. Inc. Corvallis. 1989. 22 p.
  17. Kroebel W. The use of optical attenuance meters for biological measurements // Oceans ’77 Conference Record. 1977. P. 534.
  18. Kenneth J. Voss. A spectral model of the beam attenuation coefficient in the ocean and coastal areas // Limnol. Oceanogr. 1992. 37 № 3. P. 501–509.
  19. Левашов Д.Е., Левашова С.С. Первая масштабная биооптическая съемка в юго-восточной части Тихого океана // Вопросы рыболовства. 2010. Т. 11. № 4 (44). С. 653–663.
  20. Маньковская Е.В., Маньковский В.И. Информационная технология расчета спектрального вклада компонентов морской среды в показатель ослабления света для вод Черного моря // Системы контроля окружающей среды. 2007. С. 79–82.
  21. Barth H., Reuter R., Schröder M. Measurement and simulation of substance specific contributions of phytoplankton, gelbstoff, and mineral particles to the underwater light field in coastal waters // EARSeL eProc. 2000. Vol. 1. P. 165–
  22. Патент 5424840 USA, МПК G01N 21/85; In situ chlorophyl absorption meter / Moore, J.R.V. Zaneveld (USA); заявитель The State of Oregon Acting by and through the State Board of Higher Education on Behalf of Oregon State University (USA). № 285486; заявл. 03.08.1994; опубл. 13.06.1995.
  23. Korchemkina E.N., Latushkin A.A., Lee M.E. Determination of particles concentration in Black Sea waters from spectral beam attenuation coefficient // Proceedings Vol. 10466, 23rd International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 30 November 2017 г., Irkutsk, 2007. P. 23–
  24. Yentsch C.S. Measurement of visible light absorption by particulate matter in the ocean // Limnol. Oceanogr. 1962. Vol. 7. 207–217.
  25. Suttle C.A. Marine viruses – major players in the global ecosystem // Nature Reviews Microbiology. 2007. № 5. P. 801–812.
  26. Степанова О.А. Экология аллохтонных и автохтонных вирусов Черного моря. Севастополь: Мир «ЭКСПРЕСС ПЕЧАТЬ», 2004. 308 с.
  27. Степанова О.А., Гайский П.В, Шоларь С.А. Влияние вирусного лизиса на некоторые физические параметры морской воды в условиях эксперимента // Системы контроля окружающей среды. 2018. Вып. 13 (33). С. 19–28.
  28. Stepanova O.A., Osipov V.A., Matorin D.M. Use of a method of fluorescence at study of process of interaction between algae virus and sensitive algae culture // Abstracts V Intern. conf. “Bioresourses and Viruses” September 10–13 2007, Kyiv, Ukraine, Kyiv: Phithosociocenter. 94.
  29. Stepanova O.A. Search, isolation and study of Black sea algal viruses 2002–2013. New facts and hypotheses. [Saarbrücken]: Lambert Academic Publishing, 2014. 56 p.
  30. Шпольский Э.В. Применение рассеяния света для определения молекулярного веса // Успехи физических наук. 1947. Т. 31. № 3. С. 417–420.
  31. Oster G. Molecular weights and other properties of viruses as determined by light absorption // Science. 1946. Vol. 103. № 2671. P. 306.
  32. Кубряков А.А., Станичный С.В., Кубрякова Е.А. Изменчивость биооптических характеристик Черного моря по измерениям буев Био-Арго и спутниковым данным // Комплексные исследования Мирового океана: II Всероссийская науч. конф. молодых ученых (г. Москва, Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, 10–14 апреля 2017 г.). 2017. С. 130–131.
  33. Wommack K.E., Colwell R.R. Virioplankton: Viruses in aquatic ecosys­ tems // Microbiol. and Molec. Biol. Re­ views. 2000. Vol. 64. № 1. P. 69–114.
  34. Ormerod M.G., Tribukait B., Giaretti W. Consensus report of the task force on standardisation of DNA flow cytometry in clinical pathology // Analytical Cellular Pathology. 1998. Vol. № 2. P. 103–110.
  35. Кудрявцев И.В., Хайдуков С.В., Зурочка А.В., Черешнев В.А. Проточная цитометрия в экспериментальной биологии. Екатеринбург: РИО УрО РАН, 2012. 192 с.

Loading