Введение в исследование антарктических пингвинов в условиях меняющегося климата является первым и основополагающим шагом нашей школьной экспедиции в Антарктиду. Для молодых исследователей важно понять актуальность изучения этих птиц именно сейчас. Антарктида, несмотря на кажущуюся удаленность и неизменность, крайне чувствительна к глобальным климатическим изменениям. Таяние ледников, изменение температуры воды и сокращение кормовой базы напрямую влияют на жизнь пингвинов, делая их индикаторами здоровья планеты [1, 2, 3].
Перед отправкой в экспедицию необходимо осознать фундамент знаний, на котором строятся наши исследования. Этот фундамент ‒ обширный массив информации, собранный учеными мира о жизни антарктических пингвинов [4].
Путь начинается с тщательного обзора литературы — систематизации и анализа существующих научных публикаций по экологии, этологии и популяционной динамике этих птиц. (рис.1).
Рис. 1. Взаимосвязи факторов, влияющих на антарктических пингвинов в условиях изменения климата
Ключевые публикации и направления исследований антарктических пингвинов [5–7], релевантные для экспедиции, приведены в таблице 1.
В рамках школьной экспедиции в Антарктиду будут изучены экологические и этологические особенности пингвинов для понимания влияния климатических изменений на их популяции и экосистему. На различных площадках обитания пингвинов Адели, императорских и антарктических пингвинов будет проводиться учет численности птиц с использованием визуального подсчета, фотографирования и данных с беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) для создания карт колоний и отслеживания их динамики. Также будет собираться данные о гнездовании, включая количество яиц, процент выводка и выживаемость птенцов.
Таблица 1
Ключевые публикации и направления исследований антарктических пингвинов, релевантные для экспедиции
|
Автор(ы), год |
Тема исследования |
Методы |
Ключевые выводы |
Связь с экспедицией |
|
Trathan et al., 2011 |
Влияние изменения климата на численность и распределение пингвинов Адели |
Анализ долгосрочных данных о популяциях, моделирование |
Сокращение численности в районах с быстрым таянием льда, изменение ареала |
Позволяет сравнить текущую ситуацию с данными 2011 года и оценить скорость изменений. |
|
Ainley et al., 2009 |
Этология пингвинов Антарктики: поведение при кормлении, гнездовании и передвижениях |
Полевые наблюдения, GPS-трекинг |
Вариации поведения в зависимости от видовой принадлежности и условий среды |
Поможет в интерпретации поведения пингвинов, наблюдаемого в ходе экспедиции. |
|
Jenouvrier et al., 2014 |
Моделирование популяционной динамики императорских пингвинов в условиях изменения климата |
Статистическое моделирование, прогнозы на основе климатических сценариев |
Высокий риск сокращения популяции императорских пингвинов в будущем |
Обоснование важности мониторинга численности императорских пингвинов. |
|
Schwartz et al., 2006 |
Влияние изменений в кормовой базе (криль) на успех размножения пингвинов |
Анализ рациона пингвинов, оценка биомассы криля |
Снижение численности криля приводит к снижению успеха размножения пингвинов |
Необходимость оценки доступности криля в районе экспедиции. |
|
Forster et al., 2018 |
Использование дистанционного зондирования для мониторинга пингвиньих колоний |
Анализ спутниковых снимков высокого разрешения |
Эффективный метод оценки численности и мониторинга изменений в колониях |
Понимание возможностей и ограничений методов дистанционного зондирования. |
Наблюдения за кормовым поведением, социальными взаимодействиями и реакциями пингвинов на стресс помогут понять их адаптацию к изменяющимся условиям. Будут собраны образцы крови или перьев для генетического анализа, что позволит оценить генетическое разнообразие и выявить уязвимые группы.
Данные будут обработаны статистическими методами с использованием программного обеспечения для анализа изображений, генетических данных и моделирования изменения численности популяций пингвинов. Результаты оформятся в отчете, который внесет вклад в понимание антарктической экосистемы, с обязательным документированием всех этапов работы.
Проект по изучению экологии и поведения пингвинов сосредоточен на динамике их популяций в условиях климатических изменений. Цель ‒ отслеживание изменений численности и ареала, а также факторов, влияющих на популяцию, таких как доступность кормовой базы и ледяной покров.
Использование спутниковых снимков поможет отслеживать эти изменения и прогнозировать численность популяций, сопоставляя результаты с другими исследованиями. Изучение популяционной динамики, этологии и генетического разнообразия поможет выявить наиболее уязвимые группы и оценить их адаптацию, что является ключевым элементом проекта.
Экспедиция будет фиксировать поведенческие реакции пингвинов во время размножения, кормления и миграции, включая выбор партнеров, успех размножения и адаптацию к изменениям среды. План включает ежедневные наблюдения, сбор образцов и опросы участников, что позволит оценить адаптацию пингвинов к климатическим изменениям и предложить меры для их сохранения (рис. 2).
Школьная экспедиция изучит влияние климатических изменений на кормовую базу антарктических пингвинов, оценив рацион, доступность криля и рыбы, и сравнив данные с прошлыми годами для выявления тенденций. Цель ‒ понять, как сокращение кормовой базы сказывается на здоровье, весе, оперении и размножении пингвинов.
Вместе с другими группами будет исследоваться популяционная динамика и генетическое разнообразие пингвинов, чтобы оценить влияние изменений в кормовой базе на численность и уязвимость групп. Результаты помогут разработать стратегии охраны пингвинов и сохранения биоразнообразия Антарктиды.
Изучение кормовой базы включает оценку численности криля и рыбы, а также анализ экосистемных изменений. Генетическое разнообразие популяций пингвинов важно для понимания их выживаемости в меняющейся среде: экспедиция соберет образцы ДНК (перья, кровь) из разных колоний.
Анализ генетических маркеров позволит оценить родство особей, устойчивость к изменениям и изоляцию колоний. Будут изучены адаптационные признаки к холодам, поиску пищи и устойчивости к болезням. Результаты помогут выявить уязвимые группы и оценить их адаптацию к климату.
Данные о генетическом разнообразии сопоставят с мониторингом популяционной динамики и влиянием климата на кормовую базу. Изучение генетического разнообразия позволит прогнозировать реакции пингвинов на изменения и разработать меры по их охране.
Следующим этапом станет моделирование и прогнозирование будущего пингвинов, что важно для формирования стратегий сохранения в условиях изменений климата.
Алгоритм изучения антарктических пингвинов в школьной экспедиции будет сфокусирован на экологических и этологических аспектах в условиях изменения климата (рис.3).
Рис. 3. Алгоритм изучения антарктических пингвинов в школьной экспедиции
Временной план полевых исследований антарктических пингвинов в рамках школьной экспедиции приведён в таблице 2.
Общий план полевых исследований антарктических пингвинов в рамках школьной экспедиции приведён в таблице 3.
Таблица 2
Временной план полевых исследований антарктических пингвинов в рамках школьной экспедиции
|
Этап |
Длительность |
Место проведения |
Методы исследования |
Ожидаемые результаты |
|
1. Оценка численности колоний |
3 дня |
Несколько выбранных колоний пингвинов (например, Адели, императорских) |
Визуальный подсчет птиц, фото- и видеофиксация, использование БпЛА для обследования труднодоступных участков. |
Оценка текущей популяции, выявление тенденций изменения численности, картографирование колоний. |
|
2. Наблюдение за этологией |
3 дня |
Зоны гнездования, кормовые участки. |
Непрерывное наблюдение за поведением отдельных особей и групп, фиксация времени, активности, взаимодействия. Идентификация птиц по индивидуальным признакам (если возможно). |
Выявление особенностей поведения в условиях изменяющегося климата (например, изменения в брачном поведении, кормлении птенцов). |
|
3. Сбор образцов для анализа кормовой базы |
2 дня |
Кормовые участки вблизи колоний |
Сбор образцов пищи, выводимой пингвинами для птенцов (рыба, криль). Определение видов, количества, размеров добычи. |
Оценка доступности кормовой базы и ее влияния на состояние пингвинов. Выявление изменений в структуре кормовой базы. |
|
4. Мониторинг состояния ледового покрова |
2 дня |
Прибрежные зоны, районы таяния ледников |
Визуальное наблюдение, фото- и видеофиксация, использование данных дистанционного зондирования (спутниковых снимков). |
Оценка влияния таяния льда на доступность мест гнездования и кормления пингвинов, определение темпов изменения ледового покрова. |
Таблица 3
Общий план полевых исследований антарктических пингвинов в рамках школьной экспедиции
|
Этап |
Задача |
Методы |
Ожидаемые результаты |
Необходимое оборудование |
|
1. Оценка численности и плотности популяций |
Определение текущей численности и распределения пингвинов выбранных видов (например, Адели, императорских, папуанских) в заданном районе. |
Визуальный подсчет с использованием фото- и видеофиксации, учет гнездящихся пар, оценка численности птенцов. |
Получение данных о динамике популяций, сравнение с историческими данными (если доступны), выявление зон концентрации пингвинов. |
Фото- и видеокамеры с телеобъективами, GPS-навигаторы, бинокли, счетные устройства, блокноты и ручки для записи. |
|
2. Наблюдение за этологией пингвинов |
Изучение типичного поведения пингвинов: кормление, брачное поведение, уход за птенцами, реакция на внешние раздражители. |
Непрерывные наблюдения с фиксированным интервалом времени, протоколирование поведения, анализ видеозаписей. |
Выявление изменений в поведении пингвинов, связанных с изменением климата (например, изменение сроков размножения, поиск альтернативных источников пищи). |
Видеокамеры, блокноты и ручки, секундомеры, тетради для протоколирования, маскировочная одежда. |
|
3. Анализ состояния кормовой базы |
Оценка доступности и состава кормовой базы пингвинов (криль, рыба, кальмары). |
Отбор проб воды для анализа состава планктона, визуальное наблюдение за питанием пингвинов, анализ содержимого желудков (если возможно и этично). |
Определение влияния изменений в кормовой базе на состояние популяций пингвинов, выявление корреляции между доступностью пищи и репродуктивным успехом. |
Сетки для отбора планктона, пробирки для хранения проб, микроскопы (портативные), оборудование для анализа воды, контейнеры для хранения образцов. |
|
4. Оценка влияния таяния льдов |
Изучение последствий таяния льдов для мест гнездования и кормовых районов пингвинов. |
Картирование ледового покрова, фотофиксация изменений береговой линии, наблюдение за использованием пингвинами различных мест обитания. |
Выявление зон, наиболее уязвимых к таянию льдов, оценка влияния потери ледовых площадок на репродуктивный успех. |
GPS-навигаторы, камеры с широким углом обзора, БпЛА (опционально, с соответствующими разрешениями), карты и компасы. |
Новаторство нашего исследования — в самом факте участия школьников в полевых работах. Мы пристально изучаем связь между метаморфозами окружающей среды и жизненным циклом пингвинов: как тающий лед перекраивает карту их гнездовий, как оскудение криля ставит под угрозу продолжение рода.
Наш план прост и ясен: сбор данных о численности, пристальное наблюдение за поведением (брачные игры, добыча пропитания), оценка доступности криля и генетический анализ собранных образцов. На протяжении всей работы нас ведут опытные ученые и экологи, помогая интерпретировать результаты и делать обоснованные выводы.
Литература:
1. Минеев А. Экология: общие закономерности и прикладные исследования / А. Минеев. — Москва: Научный мир, 2023. — 543 с.
2. Сандлер Дж.Н. Биология: современный курс для вузов / Дж. Н. Сандлер,
3. Л. Б. Аллен. — Санкт-Петербург: Питер, 2022. — 890 с.
4. Беликов О. В. Заповедная Антарктида: проблемы и перспективы охраны /
5. О. В. Беликов. — Новосибирск: Наука, 2020. — 234 с.
6. Вербицкий В. Н. Изменения климата и их воздействие на животный мир / В. Н. Вербицкий. — Екатеринбург: Полиграфист, 2021. — 302 с.
7. Иванова М. Экосистемы Земли: учебное пособие для вузов / М. Иванова, И. Петров. — Москва: Просвещение, 2021. — 420 с.
8. Дронова Н. Б. Биогеография / Н. Б. Дронова. — Санкт-Петербург: Наука, 2019. — 348 с.
9. Назаров А. Г. Антарктические животные: выживание в условиях экстремального климата / А. Г. Назаров. — Омск: Издательство ОмГУ, 2020. -237 с.
