«Беседовать» с планктоном помогает голография

Ученые Томского государственного университета нашли способ определять загрязнения водоемов по планктону. Основной инструмент – цифровая голографическая камера.

Этот прибор, находясь в воде, может определять размеры и форму планктонных и других частиц, их скорость, количество особей и другие параметры. Полученные данные служат основой для выводов о состоянии водоема и его биологическом разнообразии.

«Для записи голограммы нужно пучок лазерного излучения пропустить через объем среды и зарегистрировать на ПЗС-камеру — это и будет осевая голограмма этого объема среды, — рассказал первый проректор Томского государственного университета, заведующий лабораторией радиофизических и оптических методов изучения окружающей среды РФФ Виктор Дёмин. — От обычной фотографии она отличается тем, что мы можем полностью восстановить информацию о волне, прошедшей сквозь объем, а это значит – имеем всю информацию о маленьких частичках или организмах, которые в этой среде находились».

Что можно узнать

Как сообщили Fishnews в пресс-службе ТГУ, сейчас радиофизики университета занимаются голографированием морских частиц. Это может быть планктон, пузырьки газа, капли нефти — любые объекты, которые находятся в воде. Ученые обратили внимание, что исследование планктона отвечает сразу на целый ряд вопросов.

Во-первых, по тому, какие виды планктона находятся в воде, как они себя ведут, можно понять, насколько эта экосистема динамична и движется она к расцвету или же деградирует. Это интересно и с точки зрения науки, и с точки зрения экологии.

Во-вторых, где планктон — там и рыба, которая им питается. Поэтому по наличию и по типам планктона в водоеме можно определять разновидности других обитателей и даже спрогнозировать, какой будет улов у промысловых судов.

В-третьих, планктон питается, прокачивая большое количество воды, поэтому изменения в нем происходят уже при небольших загрязнениях акватории. По поведенческим реакциям планктона, по тому, как он выглядит, сколько его и какой он, можно оценивать экологическое состояние водоема, причем на ранних стадиях. Это очень важно в акваториях, например, атомных станций, газопроводов или нефтяных платформ, отметили специалисты. Кроме того, голографическая камера может распознавать одиночные капли нефти или пузырьки газа в воде.

Грязь и скорость

Одно из направлений деятельности лаборатории сейчас — изучение фототропной реакции планктона. Цифровая голографическая камера помещается в аквариум с водой, где находятся несколько видов планктона.

Воду с планктоном освещают аттракторным (притягивающим) излучением зеленого цвета, планктон начинает реагировать на него и собирается в пучке привлекающего света. Зеленый свет используется для привлечения планктона, поскольку по цвету он похож на свет, рассеянный микроводорослями, которыми планктон питается.

«По тому, насколько быстро планктон начинает концентрироваться в световом пучке, мы можем определить степень фототропной реакции. Далее в эксперименте мы добавляем загрязнители, такие как дихромат калия или сырая нефть, планктон при этом начинает реагировать — и тогда скорость концентрирования уменьшается. Это зависит и от дозы загрязнителя. Таким образом, исследуя фототропную реакцию планктона, можно диагностировать загрязнение природных водоемов на ранней стадии», — рассказала научный сотрудник лаборатории Александра Давыдова.

Технологию опробовали в Арктике

От лабораторных экспериментов томские радиофизики уже успели перейти к натурным исследованиям. Три месяца назад завершилась международная экспедиция на судне «Академик Мстислав Келдыш» в Карском, Восточно-Сибирском морях и море Лаптевых. Основной миссией было исследование газогидратов при таянии вечной мерзлоты. Но у томских ученых был и собственный интерес — использовать оборудование и методы ТГУ для исследования особенностей планктонных и других частиц в окрестностях сипов (это зоны выхода метана на шельфе).

«В районе Восточно-Сибирского моря мы зарегистрировали пузырьки газогидрата, которые выходят со дна на поверхность. В них сконцентрирован метан, который создает парниковый эффект и влияет на глобальное потепление. Раньше это делали при помощи видеокамеры и не могли фиксировать пузырьки меньших размеров. Если их не учитывать, эмиссия метана может быть посчитана с ошибкой, — пояснил заместитель заведующего лабораторией Алексей Ольшуков. — Сейчас одна из задач — проследить, как выбросы метана влияют на поведение планктона».

В ТГУ напомнили, что обычно исследование планктона происходит вне среды его обитания. Биологи забрасывают специальную сеть и собирают планктон в слое, например, от 150 до 100 м. Таким образом исследуется планктон не в конкретной точке, а в этом слое, поэтому вместо конкретики получается обобщенный результат.

«Но при помощи цифровой голографической камеры можно исследовать планктон в среде обитания и четко определить, где именно проводятся измерения, а волоконная линия связи способна в реальном времени передать все измерения на корабль», - обратили внимание в университете.

За время последней экспедиции получено огромное количество голограмм, которые предстоит изучить и дополнить данными из следующих экспедиций, сообщили в пресс-службе. Ученым предстоит кропотливая работа, но как утверждают радиофизики, результаты они планируют получить уже через пару лет.

Самые оперативные новости читайте в телеграм-канале Fishnews.

Fishnews