Бурые водоросли распространяют турбулентные потоки

Фукус является источником пищи и убежищем для многих морских организмов. Научная работа, основанная на междисциплинарной связи физики и альгологии - науки о водорослях, раскрывает механизмы воздействия гидродинамических факторов на начальный жизненный цикл этих важных представителей морской флоры.

Исследование проводилось на мысе Шлюпочном, расположенном в Авачинской губе – крупнейшей бухте юго-восточного побережья Камчатки. Отправной точкой для научной работы стало наблюдение ученых, которые заметили, что площадь покрытия Fucus distichus в литоральной зоне Авачинской губы ежегодно меняется, причем значительно.

«Наше исследование показало, что турбулентные потоки, возникающие при разбивании волн о донные субстраты, играют ключевую роль в формировании воздушных пузырьков, и влияют на перенос зигот фукуса - клеток, образующихся в результате оплодотворения. Эти пузырьки, благодаря поверхностному натяжению, прилипают к песчинкам, находящимся в трещинах, углублениях камней и валунов. На поверхности песчинок оседают и прикрепляются оплодотворенные зиготы Fucus distichus», – рассказала доцент кафедры информатики и математики КамГУ им. Витуса Беринга, кандидат технических наук Ирина Кашутина.

Ученые показали, что силу прилипания пузырька к частице песка можно выразить формулой F = πаδж-г sin Ɵ, где а – диаметр окружности контакта пузырька с твердой поверхностью, δж-г – поверхностное натяжение на границе жидкость-газ, а Ɵ – краевой угол смачивания. При определенных условиях эта сила может превысить вес песчинки с прикрепившимися зиготами, что приводит к их отрыву от субстрата и переносу водными потоками.

Ученые Камчатки отмечают, что процесс флотации – всплытия частиц песка с зиготами на поверхность воды – усиливается в условиях турбулентного движения. Скорость и направление движения пузырьков могут значительно варьироваться, что увеличивает вероятность отрыва прикрепившихся частиц. По оценкам исследователей КамГУ, до 89% осевших на песок зигот могут быть смыты при волнении силой всего в 3 балла.

Другим важным аспектом стало изучение влияния шероховатой поверхности субстрата на закрепление зигот фукуса. Было установлено, что на гладких поверхностях зиготы образуют скученные агрегации, которые легче смываются волнами. На субстратах с умеренной шероховатостью зиготы распределяются более равномерно и имеют больше шансов на закрепление и дальнейшее развитие.

На основе полученных данных планируется разработать искусственные субстраты с оптимальной шероховатостью для закрепления зигот фукуса. Кроме того, понимание механизмов влияния турбулентных потоков на распространение водорослей позволит создать более точные модели прогнозирования изменений в популяциях фукуса и разработать эффективные меры по их защите в зонах с высокой гидродинамической активностью.

Таким образом, результаты исследования помогут разработать меры по санитарному культивированию, как на природных, так и на искусственных субстратах прибрежных экосистем Камчатки.