ДЕЯКІ АКТУАЛЬНІ ПРОБЛЕМИ ЗАСТОСУВАННЯ ТЕОРІЇ МЕТАУГРУПОВАНЬ ПРИ КОМПЛЕКСНОМУ ВИВЧЕННІ ФІТОПЛАНКТОНУ, МІКРОФІТОБЕНТОСУ, ФІТОПЕРИФІТОНУ КОНТИНЕНТАЛЬНИХ ВОДНИХ ЕКОСИСТЕМ
DOI:
https://doi.org/10.32782/naturaljournal.9.2024.6Ключові слова:
метаугруповання, водорості, локалітет, регіон, взаємодія видів, «цвітіння води», фітопланктон, мікрофітобентос, фітоперифітонАнотація
У роботі обговорюються деякі актуальні питання застосування теорії метаугруповань у вивченні планктонних і контурних альгоугруповань та наведено перші результати натурних досліджень в аспекті цієї проблематики на континентальних водних екосистемах України. Класичні екологічні науки, які досліджують угруповання організмів (такі як біоценологія), зосереджуються на локальному масштабі, переважно розглядаючи взаємодію видів у межах локальних угруповань. Насправді ж міжвидові взаємодії також відбуваються і між різними локальними угрупованнями, мережа яких і формує метаугруповання. Узагальнення літературних даних та результатів власних натурних досліджень показує, що теорія метаугруповань може слугувати потужним теоретичним підґрунтям при комплексному вивченні різноманіття водоростей лотичних і лентичних водних екосистем з різним ступенем ізольованості/сполученості. До актуальних проблем дослідження водоростей в контексті теорії метаугруповань належать: дискусійне питання наявності географічних бар’єрів в розповсюдженні водоростей; зв’язок між розселенням ціанобактерій та поширенням явищ «цвітіння» води; обмін видами між планктонними та контурними водоростевими угрупованнями; вивчення водоростевих метаугруповань у тримірному просторі; залежність процесу розселення від просторової конфігурації та сполученості локалітетів.
Посилання
Давидов О.А., Козійчук Е.Ш. Особливості формування донних альгоугруповань Київського водосховища (Україна). Гідробіологічний журнал. 2024. № 4. Т. 60. С. 23–34.
Мінічева Г.Г., Гаркуша О.П., Калашнік К.С., Маринець Г.В., Соколов Є.В. Реакція водоростей планктону та бентосу Чорного моря на наслідки руйнування греблі Каховського водосховища на р. Дніпро (Україна). Альгологія. 2024. № 2. Т. 34. С. 104–129. https://doi.org/10.15407/alg34.02.104.
Семенюк Н.Є. Фітоепіфітон водних об’єктів басейну Дніпра: Автореф. дис. … д-ра біол. наук. Київ, 2020. 40 с.
Топачевський О.В., Оксіюк О.П. Діатомові водорості – Bacillariophyta. Визначник прісноводних водоростей Української РСР. Київ : Наук. думка, 1960. № 9. 411 с.
Щербак В.І., Семенюк Н.Є., Давидов О.А., Ларіонова Д.П. Сучасна характеристика фітопланктону, мікрофітобентосу та фітоепіфітону Канівського водосховища. Повідомлення 1: Таксономічне, екологічне різноманіття та просторовий розподіл. Альгологія. 2023a. № 3. Т. 33. С. 147–184. https://doi.org/10.15407/alg33.03.147.
Щербак В.І., Семенюк Н.Є., Давидов О.А., Ларіонова Д.П. Сучасна характеристика фітопланктону, мікрофітобентосу та фітоепіфітону Канівського водосховища. Повідомлення 2: Абіотичні чинники, кількісне різноманіття, домінуючий комплекс, трофність та оцінка якості водного середовища. Альгологія. 2023b. № 4. Т. 33. С. 247–277. https://doi.org/10.15407/alg33.04.247.
Щербак В.І., Семенюк Н.Є., Давидов О.А., Козійчук Е.Ш. Планктонні та контурні угруповання водоростей української ділянки р. Західний Буг та її допливів. Повідомлення 1. Абіотичні складові, таксономічна й екологічна характеристики та флористичні особливості фітопланктону, мікрофітобентосу, фітоперифітону. Альгологія. 2024. № 2. Т. 34. С. 130–159. https://doi.org/10.15407/alg34.02.130.
Algarte V.M., Rodrigues L., Landeiro V.L., Siquera T., Bini L.M. Variance partitioning of deconstructed periphyton communities: does the use of biological traits matter? Hydrobiologia. 2014. Vol. 722. P. 279–290. https://doi.org/10.1007/s10750-013-1711-6.
Baas Becking L.G.M. Geobiologie of inleiding tot de milieukunde. The Hague, the Netherlands: W.P. Van Stockum & Zoon, 1934.
Baselga A. Partitioning the turnover and nestedness components of beta diversity. Global Ecology and Biogeography. 2010. Vol. 19. P. 134–143. https://doi.org/10.1111/j.1466-8238.2009.00490.x.
Beijerinchk M.W. De infusies en de ontdekking der backteriën. Jaarboek van de Koninklijke Akademie voor Weternschappen. Amsterdam, the Netherlands: Müller, 1913. (Reprinted in Verzamelde geschriften van M.W. Beijerinck, vijfde deel. P. 119–140. Delft, 1921).
Benito X., Fritz S.C., Steinitz-Kannan M., Vélez M.I., McGlue M. Lake regionalization and diatom metacommunity structuring in tropical South Ammerica. Ecology and Evolution. 2018. Vol. 8 (16). P. 7865–7878. https://doi.org/10.1002/ece3.4305.
Bortolini J.C., Pineda A., Rodrigues L.C., Jati S., Velho L.F.M. Environmental and spatial processes influencing phytoplankton biomass along a reservoir-river-floodplain lakes gradient: A metacommunity approach. Freshwater Biology. 2017. Vol. 62 (10). P. 1756–1767. https://doi.org/10.1111/fwb.12986.
Bortolini J.C., Silva P.R.L., Baumgartner G., Bueno N.C. Response to environmental, spatial, and temporal mechanisms of the phytoplankton metacommunity: comparing ecological approaches in subtropical reservoirs. Hydrobiologia. 2019. Vol. 830. P. 45–61. https://doi.org/10.1007/s10750-018-3849-8.
Bottin M., Soininen J., Ferrol M., Tison-Rosebery J. Do spatial patterns of benthic diatom assemblages vary across regions and years. Freshwater Science. 2014. Vol. 33 (2). P. 402–416. https://doi.org/10.1086/675726.
Bottin M., Soininen J., Alard D., Rosebery J. Diatom cooccurrence shows less segregation than predicted from niche modelling. PLoS ONE. 2016. Vol. 11 (4). Р. e0154581. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0154581.
Branco C.C.Z., Bispo P.C., Peres C.K., Tonetto A.F., Branco L.H.Z. The roles of environmental conditions and spatial factors in controlling stream macroalgal communities. Hydrobiologia. 2014. Vol. 732. P. 123–132. https://doi.org/10.1007/s10750-014-1852-2.
Budnick W.R., Mruzek J.L., Larson C.A., Passy S.I. The impact of nutrient supply and imbalance on subcontinental co-occurrence networks and metacommunity composition of stream algae. Ecography. 2021. Vol. 44. P. 1109–1120. https://doi.org/10.1111/ecog.05307.
Cauvy-Fraunié S., Espinosa R., Andino P., Jacobsen D., Dangles O. Invertebrate metacommunity structure and dynamics in an Andean glacial stream network facing climate change. PLoS ONE. 2015. Vol. 10 (8). Р. e0136793. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0136793.
Černá K. Small-scale spatial variation of benthic algal assemblages in a peat bog. Limnologica. 2010. Vol. 40. P. 315–321. https://doi.org/10.1016/j.limno.2009.11.015.
Chaparro G., Horváth Z., O’Farrell I., Ptacnik R., Hein T. Plankton metacommunities in floodplain wetlands under contrasting hydrological conditions. Freshwater Biology. 2018. Vol. 63. P. 380–391. https://doi.org/10.1111/fwb.13076.
Cobelas M.Á., Rojo C. Bridging community and metacommunity perspectives in benthic photosynthetic organisms (Serranía de Cuenca, Central Spain). Limnetica. 2023. Vol. 42 (1). P. 37–54. https://doi.org/0.23818/limn.42.04.
De Wit R., Bouvier T. “Everything is everywhere, but, the environment selects”; what did Baas Becking and Beijerinck really say? Environmental Microbiology. 2006. Vol. 8 (4). P. 755–758. https://doi.org/10.1111/j.1462-2920.2006.01017.x.
Devercelli M., Scarabotti P., Mayora G., Schneider B., Giri F. Unravelling the role of determinism and stochasticity in structuring the phytoplanktonic metacommunity of the Paraná River floodplain. Hydrobiologia. 2016. Vol. 764 (1). P. 139–156. https://doi.org/10.1007/s10750-015-2363-5.
Finlay B.J. Global dispersal of free-living microbial eukaryote species. Science. 2002. Vol. 296 (5570). P. 1061–1063. https://doi.org/10.1126/science.1070710.
Finlay B.J., Monaghan E.B., Maberly S.C. Hypothesis: the rate and scale of dispersal of freshwater diatom species is a function of their global abundance. Protist. 2002. Vol. 153 (3). P. 261–273. https://doi.org/10.1078/1434-4610-00103.
Gophen M. Climate change-enhanced Cyanobacteria domination in Lake Kinneret: a retrospective overview. Water. 2021. Vol. 13 (2), № 163. https://doi.org/10.3390/w13020163.
Hanski I., Gilpin M. Metapopulation dynamics: brief history and conceptual domain. Biological Journal of the Linnean Society. 1991. Vol. 42. P. 3–16. https://doi.org/10.1111/j.1095-8312.1991.tb00548.x.
Heino J., Soininen J., Alahuhta J., Lappalainen J., Virtanen R. A comparative analysis of metacommunity types in the freshwater realm. Ecology and Evolution. 2015. Vol. 5 (7). P. 1525–1537. https://doi.org/10.1002/ece3.1460.
Hilt S. Regime shifts between macrophytes and phytoplankton – concepts beyond shallow lakes, unravelling stabilizing mechanisms and practical consequences. Limnetica. 2015. Vol. 34 (2). P. 467–480. https://doi.org/10.23818/limn.34.35.
Jamoneau A., Passy S.I., Soininen J., Leboucher T., Tison-Rosebery J. Beta diversity of diatom species and ecological guilds: Response to environmental and spatial mechanisms along the stream watercourse. Freshwater Biology. 2018. Vol. 63. P. 62–73. https://doi.org/10.1111/fwb.12980.
Jenkerson C.G., Hickman M. Interrelationships among the epipelon, epiphyton and phytoplankton in a eutrophic lake. International Review of Hydrobiology. 1986. Vol. 71. P. 557–579. https://doi.org/10.1002/iroh.19860710409.
Jöhnk K.D., Huisman J., Sharples J., Sommeijer B., Visser P.M., Stroom J.M. Summer heatwaves promote blooms of harmful cyanobacteria. Global Change Biology. 2008. Vol. 14 (3). P. 495–512. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2007.01510.x.
Katsiapi M., Genitsaris S., Stefanidou N., Tsavdaridou A., Giannnopoulou I., Stamou G., Michaloudi E., Mazaris A.D., Moustaka-Gouni M. Ecological connectivity in two ancient lakes: impact upon planktonic Cyanobacteria and water quality. Water. 2020. Vol. 12. № 18. https://doi.org/doi:10.3390/w12010018.
Kim M.S., Ahn S.H., Jeong I.J., Lee T.K. Water quality drives the regional patterns of an algal metacommunity in interconnected lakes. Scientific Reports. 2021. Vol. 11. № 13601. https://doi.org/10.1038/s41598-021-93178-9.
Kosten S., Huszar V.L.M., Bécares E., Costa L.S., Van Donk E., Hansson L.-A., Jeppesen E., Kruk C., Lacerot G., Mazzeo N., De Meester L., Moss B., Lürling M., Nõges T., Romo S., Scheffer M. Warmer climate boosts cyanobacterial dominance in shallow lakes. Global Change Biology. 2012. Vol. 18 (1). P. 118–126. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2011.02488.x.
Kristiansen J. Dispersal of freshwater algae – a review. Hydrobiologia. 1996. Vol. 336. P. 151–157. https://doi.org/10.1007/BF00010829.
Leibold M.A., Hoyoak M., Mouquet N., Amarasekare P., Chas J.M., Hoopes M.F., Holt R.D., Shurin J.B., Law R., Tilman D., Loreau M., Gonzalez A. The metacommunity concept: a framework for multi-scale community ecology. Ecology Letters. 2004. Vol. 7. P. 601–613. https://doi.org/10.1111/j.1461-0248.2004.00608.x.
Machová-Černá K., Neustupa J. Spatial distribution of algal assemblages in a temperate lowland peat bog. International Review of Hydrobiology. 2009. Vol. 94 (1). P. 40–56. https://doi.org/10.1002/iroh.200811058.
Ninio S., Lupu A., Viner-Mozzini Y., Zohary T., Sukenik A. Multiannual variations in Microcystis blooms episodes — Temperature drives shift in species composition. Harmful Algae. 2020. Vol. 92. № 101710. P. 1–10. https://doi.org/10.1016/j.hal.2019.101710.
Noga T., Kochman N., Peszek Ł., Stanek-Tarkowska J., Pajączek A. Diatoms (Bacillariophyceae) in rivers and streams and on cultivated soils of the Podkarpacie Region in the years 2007–2011. Journal of Ecological Engineering. 2014. Vol. 15 (1). P. 6–25. https://doi.org/10.12911/22998993.1084168.
Noga T., Stanek-Tarkowska J., Rybak M., Kochman-Kędziora N., Peszek Ł., Pajączek A. Diversity of diatoms in the natural, mid-forest Terebowiec Streatm – Bieszczady National Park. Journal of Ecological Engineering. 2016. Vol. 17 (4). P. 232–247. https://doi.org/10.12911/22998993/64506.
Oksiyuk O.P., Davydov O.A., Melenchuk G.V., Karpezo Yu.I. Peculiarities of phytoplankton of the Kiev section of the Kanev reservoir depending on the operating conditions of the Kiev hydro-electric power station. Hydrobiological Journal. 2001. Vol. 37 (2). P. 122–135. https://doi.org/10.1615/HydrobJ.v37.i2.120.
Paerl H.W., Hall N.S., Calandrino E.S. Controlling harmful cyanobacterial blooms in a world experiencing anthropogenic and climatic-induced change. Science of the Total Environment. 2011. Vol. 409. P. 1739–1745. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2011.02.001.
Passy S.I., Pan Y., Lowe R.L. Ecology of the major periphytic diatom communities from the Mesta River, Bulgaria. International Review of Hydrobiology. 1999. Vol. 84. P. 129–174. https://doi.org/10.1002/iroh.199900017.
Passy S.I. Diatom ecological guilds display distinct and predictable behavior along nutrient and disturbance gradients in running waters. Aquatic Botany. 2007. Vol. 86. P. 171–178. https://doi.org/10.1016/j.aquabot.2006.09.018.
Passy S.I. The relationship between local and regional diatom richness is mediated by the local and regional environment. Global Ecology and Biogeography. 2009. Vol. 18. P. 383–391. https://doi.org/10.1111/j.1466-8238.2009.00453.x.
Pätynen A., Elliott J.A., Kiuru P., Sarvala J., Ventelä A.-M., Jones R.I. Modelling the impact of higher temperature on the phytoplankton of a boreal lake. Boreal Environmental Research. 2014. Vol. 19 (1). P. 66–78.
Ptacnik R., Andersen T., Brettm P., Lepisto L., Willén E. Regional species pools control community saturation in lake phytoplankton. Proceedings of the Royal Society. 2010. Vol. 277. P. 3755–3764. https://doi.org/10.1098/rspb.2010.1158.
Rasconi S., Gall A., Winter K., Kainz M.J. Increasing water temperature triggers dominance of small freshwater plankton. PLOS ONE. 2015. Vol. 10 (10). № e0140449. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0140449.
Rollwagen-Bollens G., Lee T., Rose V., Bollens S.M. Beyond Eutrophication: Vancouver Lake, WA, USA as a model system for assessing multiple, interacting biotic and abiotic drivers of harmful Cyanobacterial blooms. Water. 2018. Vol. 10 (6). № 757. P. 1–29. https://doi.org/10.3390/w10060757.
Shcherbak V.I. Response of phytoplankton of the Kiev Reservoir to the increase in summer temperatures. Hydrobiological Journal. 2019. Vol. 55 (1). P. 18–35. https://doi.org/10.1615/HydrobJ.v55.i1.20.
Shcherbak V.I., Semenyuk N.Ye., Yakushyn V.M. Phytoplankton structural and functional organization in a large lowland reservoir under the global climate change (case study of the Kaniv Reservoir). Hydrobiological Journal. 2022. Vol. 58. № 6. P. 3–27. https://doi.org/10.1615/HydrobJ.v58.i6.10.
Shcherbak V.I., Semenyuk N.Ye., Maystrova N.V. Characteristics of Cyanobacteria at different stages of existence of the Kyiv Reservoir. Hydrobiological Journal. 2024. Vol. 60 (1). P. 3–27. https://doi.org/10.1615/HydrobJ.v60.i1.10.
Soininen J., McDonald R., Hillebrand H. The distance decay of similarity in ecological communities. Ecography. 2007. Vol. 30. P. 3–12. https://doi.org/10.1111/j.2006.0906-7590.04817.x.
Soininen J., Jamoneau A., Rosebery J., Passy S.I. Global patterns and drivers of species and trait composition in diatoms. Global Ecology and Biogeography. 2016. Vol. 25 (8). P. 940–950. https://doi.org/10.1111/geb.12452.
Sørensen T. A method of establishing groups of equal amplitude in plant sociology based on similarity of species content and its application to analyses of the vegetation of Danish commons. Kongelige Danske Videnskabernes Selskab Biologiske Skrifter. 1948. Vol. 5 (4). Р. 1–46.
Srednick G., Cohen A., Diehl O., Tyler K., Swearer S.E. Habitat attributes mediate herbivory and influence community development in algal metacommunities. Ecology. 2023. Vol. 104 (4). Р. e3976. https://doi.org/10.1002/ecy.3976.
Sukenik A., Quesada A., Salmaso N. Global expansion of toxic and non-toxic cyanobacteria: effect on ecosystem functioning. Biodiversity Conservation. 2015. Vol. 24. P. 889–908. https://doi.org/10.1007/s10531-015-0905-9.
Vanormelingen P., Cottenie K., Michels E., Muylaert K., Vyverman W., De Meester L. The relative importance of dispersal and local process in structuring phytoplankton communities in a set of highly interconnected ponds. Freshwater Biology. 2008. Vol. 53. P. 2170–2183. https://doi.org/10.1111/j.1365-2427.2008.02040.x.
Vilmi A., Tolonen K.T., Karjalainen S.M., Heino J. Metacommunity structuring in a highly-connected aquatic system: effects of dispersal, abiotic environment and grazing pressure on microalgal guilds. Hydrobiologia. 2017. Vol. 790. P. 125–140. https://doi.org/10.1007/s10750-016-3024-z.
Wilson D.S. Complex interactions in metacommunities, with implications for biodiversity and higher levels of selection. Ecology. 1992. Vol. 73 (6). P. 1984–2000. https://doi.org/10.2307/1941449
Zalat A.A., Nitychoruk J., Chodyka M., Pidek I.A., Welc F. Recent and Fossil Freshwater Diatoms from Poland: Taxonomy, Distribution and their Significance in the Environmental Reconstruction. Part 1. Coscinodiscophyceae, Mediophyceaea and Fragilariaceae. Biała Podlaska: John Paul II University of Applied Sciences in Biała Podlaska, 2022. 304 p.
Zadorozhna H., Semeniuk N., Shcherbak V. Interaction between phytoplankton and epiphytic algae in the Kaniv Water Reservoir (Ukraine). International Letters of Natural Sciences. 2017. Vol. 61. P. 56–68. https://doi.org/10.18052/www.scipress.com/ILNS.61.56.
