Проекты

Краткое описание

Проект направлен на создание комплексной базы данных микробного разнообразия Белого моря и формирование эталонного микробного профиля его экосистемы как научной основы для экологического мониторинга. Микроорганизмы являются фундаментом морских экосистем. Они участвуют в биогеохимических циклах, обеспечивают переработку органического вещества, формируют симбиотические отношения с морскими животными и играют важную роль в формировании прибрежных экосистем. Состояние микробных сообществ напрямую отражает устойчивость и функциональное состояние морской экосистемы в целом. При этом микроорганизмы крайне чувствительны к изменениям среды и антропогенному загрязнению, что делает их ранним и информативным индикатором экологических изменений.
Исследования микробного разнообразия в целях экологического мониторинга активно проводятся для акваторий Тихого, Атлантического и Индийского океанов. Показано, что микробные сообщества позволяют выявлять антропогенные и климатически обусловленные изменения на ранних стадиях, до появления выраженных нарушений в макроорганизмах и промысловых ресурсах. Однако для Белого моря комплексного мониторинга микробных сообществ до настоящего времени не проводилось, а существующие исследования носят фрагментарный характер и не охватывают всю акваторию.

В рамках проекта запланированы три экспедиции в ключевые районы Белого моря: Кандалакшский залив, Двинскую губу, окрестности Соловецких островов, архипелаг Кузова и остров Мудьюг. Планируется отобрать не менее 60 проб воды, донных отложений и грунта литорали, что позволит охватить как относительно мало нарушенные участки акватории, так и зоны с выраженной антропогенной нагрузкой.
Исследовательская часть проекта включает лабораторную обработку проб: выделение и секвенирование метагеномной ДНК, культивирование микроорганизмов (в том числе таксонов, используемых в экологическом мониторинге, таких как Synechococcus и представители семейства Rhodobacteraceae), а также биоинформатический анализ. Будет определён таксономический состав микробных сообществ, рассчитаны показатели альфа- и бета-разнообразия, выявлены доминирующие таксоны и гены-маркёры деградации нефти и пестицидов. Дополнительно все пробы будут проанализированы на наличие потенциально патогенных микроорганизмов для оценки санитарно-экологического состояния акватории.

Результатом проекта станет формирование эталонного микробного профиля Белого моря для основных участков акватории. Эти данные будут представлены в виде цифровой карты с описанием ключевых таксонов и функциональных особенностей. Сформированный эталонный профиль будет использоваться как базовый уровень при экологическом и последующем регулярном мониторинге.

Будут подготовлены просветительские материалы и научно-популярная статья, для сотрудников природоохранных структур и студентов, интересующихся морской биологией и экологией. Результаты проекта будут использованы в обучающих семинарах, представлены на конференции и лягут в основу метод. рекомендаций для ООПТ.

Цель

1. Провести комплексный анализ микробных сообществ Белого моря и сформировать эталонный микробный профиль ключевых природных зон, который в дальнейшем позволит обеспечить раннее выявление экологических изменений, повысить устойчивость экосистемы и эффективность природоохранного мониторинга региона.

Задачи

1. Организовать и провести экспедиции для репрезентативного отбора проб по ключевым зонам Белого моря
2. Комплексно обработать пробы, отобранные в ходе экспедиций
3. Определить состав эталонного микробного сообщества Белого моря и создать атлас микробных сообществ
4. Обеспечить информационное сопровождение проекта и передать результаты проекта целевым группам

Обоснование социальной значимости

Проблема проекта касается морской экосистемы Белого моря - уникальной внутренней акватории бассейна Северного Ледовитого океана со значительной площадью прибрежных вод и связанной с этим высокой продуктивностью и разнообразием флоры и фауны, которая включает ряд эндемичных видов. Кроме того Беломорский регион имеет большое культурное значение, огромный эко-туристический и научно-исследовательский потенциал.
В то же время на Белое море испытывает сильное антропогенное давление, поскольку является крупной транспортной зоной, местом судостроения, источником минерального сырья, используется для промысла рыбы и морепродуктов. Отдельно стоит отметить общемировые процессы такие как глобальное потепление и повышение кислотности океанов, которые особенно сильно отражаются на арктических акваториях. Поэтому беломорский регион требует к себе бережного отношения, предупреждения экологических угроз и своевременного эко-мониторинга.
Непосредственно вокруг Белого моря на берегах и на островах проживает значительное количество людей в городах и поселках, включающих такие крупные как города Архангельск, Северодвинск, Кандалакша, Онега, Беломорск, Кемь и др. Сюда входят десятки тысяч человек, непосредственно зависящие от моря и его ресурсов. В особенности можно выделить моряков и работников портов, работников ООПТ, экологического мониторинга и научных организаций (в частности, МГУ и СПбГУ), чья деятельность непосредственно зависит от достоверной информации о состоянии среды (всего не менее нескольких сотен человек)
Одним из основных индикаторов состояния морских экологических сообществ являются состав морского микробиома, который является настоящим фундаментом морских экосистем. Микроорганизмы участвуют в биогеохимических циклах углерода, азота, серы и фосфора, являются главными переработчиками органики, лежат в основе пищевых цепочек и образуют чрезвычайно важные симбиотические отношения с многими морскими животными. В настоящее время появляется все больше исследований о состоянии морских микробных сообществ как индикаторов экологического состояния морей и океанов (Тихого, Атлантического и Индийского). Так, например, в данных работах показывают, что микробные сообщества хорошо отражают изменения биогеохимических процессов и стрессовых условий в океанических акваториях: https://www.icm.csic.es/en/news/microbial-biodiversity-could-be-good-indicator-marine-ecosystems-health, а также что их структура тесно взаимосвязана с климатическими условиями: https://www.nature.com/articles/s41467-024-49124-0.
В то же время существующие исследования по микробиомному составу Белого моря фрагментарны и ограничены отдельными заливами (Кандалакшский залив DOI: 10.34756/GEOS.2021.17.37918; пролив Великая Салма https://doi.org/10.1007/s00284-025-04199-w; Кислая губа https://doi.org/10.3390/microorganisms13092143; и отдельные прибрежные озёра DOI:10.17076/lim1910). Эти данные не охватывают всю акваторию и не позволяют оценить динамику микробного сообщества и его реакцию на антропогенные и климатические воздействия. В отсутствие системных данных невозможно сформировать эталонный профиль микробиоты, а без него невозможно выявлять отклонения от природного фона, прогнозировать изменения и своевременно принимать меры по охране экосистемы.
В условиях усиливающейся антропогенной нагрузки и климатических изменений (рост температуры, изменение качества воды, поступление загрязняющих веществ), не имея системных данных по микробному составу, экологические службы и научные организации лишены возможности раннего обнаружения экологических рисков и научно обоснованного управления средой.
Данный проект направлен на комплексный мониторинг микробных сообществ Белого моря с помощью современных метагеномных технологий. Он позволит впервые сформировать эталонные профили микробиоты для ключевых природных зон, создать цифровой атлас микробного разнообразия и обеспечить службам мониторинга и ООПТ практически применимые инструменты для оценки состояния морской среды. Полученные данные станут научной основой для раннего выявления экологических изменений, поддержки устойчивого управления морскими ресурсами и долгосрочной охраны биоразнообразия Белого моря.

Все публикации и кликабельные ссылки на них, упоминающиеся в тексте, прикреплены в приложении.

География проекта

Белое море, Кандалакшский залив, Двинская губа, Кандалакша, Архангельск, Соловецкие острова (о.Большой соловецкий, о.Большая Муксалма), посёлок Рабочеостровск, Онежская губа, Северодвинск, о. Мудъюг. ООПТ, находящиеся на данных территориях: Кандалакшский заповедник, заказник Кузова.

Объекты природы и (или) люди,
для которых будет реализован проект

1. Микробные сообщества прибрежных и открытых вод Белого моря (Кандалакшский залив, Онежская губа, Двинская губа, Соловецкие острова) и состояние морской экосистемы, которое они отражают.
2. Сотрудники служб экологического мониторинга, сотрудники ООПТ, работники и студенты научных и образовательных организаций (САФУ, МГУ, Сколтех), занимающиеся изучением морских экосистем и их экологией.