Agent-Based Model of Diatom Population Dynamics in Marginal Arctic Seas in Summer

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A hypothesis is proposed for the functioning of the diatom population under conditions of water column stratification. It is assumed that cells in the upper illuminated water layer accumulate biomass due to photosynthesis. In the lower layer, rich in minerals, the cells replenish their intracellular reserves. Moving from one layer to another allows to cells to compensate for the lack of resources. Sinking occurs as a result of sedimentation, and lifting occurs due to the release of carbon dioxide microbubbles in the process of respiration. On the basis of this hypothesis, an agent model of the population is constructed. The calculations have shown that vertical movements ensure the existence of the population. Various surface illumination make it possible to obtain various distributions of cell numbers in the upper and lower water layers, which is consistent with the data of expeditionary observations.

About the authors

P. V. Fursova

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Biology

Author for correspondence.
Email: fursova@biophys.msu.ru
Russia, Moscow

G. Yu. Riznichenko

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Biology

Email: fursova@biophys.msu.ru
Russia, Moscow

I. V. Konyukhov

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Biology

Email: fursova@biophys.msu.ru
Russia, Moscow

S. I. Pogosyan

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Biology

Email: fursova@biophys.msu.ru
Russia, Moscow

References

  1. Беляев В.И. Кинетическая теория систем, состоящих из макроскопических частиц и ее приложение к задачам экологии. Севастополь: МГИ НАН Украины, 1998. 236 с.
  2. Демидов А.Б., Шеберстов С.В., Гагарин В.И. Оценка годовой величины первичной продукции Карского моря // Океанология. 2018. Т. 58. № 3. С. 391–403.
  3. Ильяш Л.В. Жизненные стратегии у морских планктонных микроводорослей / автореферат дисс. … д. биол. н. Москва, 1998 г.
  4. Крупаткина Д.К., Селивановский Д.А., Стунжас П.А. О регулируемой посредством газовых пузырьков плавучести одной из колониальных форм диатомеи Thalassiosira // Изв. РАН. Серия биол. 1994. № 3. С. 453—461.
  5. Лелеков А.С., Тренкеншу Р.П. Моделирование динамики азотистых соединений в клетках микроводорослей. 2. Хемостат // Матем. биология и биоинформ. 2019. Т. 14. № 2. С. 450–463.
  6. Стельмах Л.В., Мансурова И.М. Физиологический механизм выживания динофитовых водорослей в условиях биогенного лимитирования // Биология внутренних вод. 2021. № 2. С. 198–207.
  7. Стунжас П.А., Сапожников Ф.В. Эти удивительные диатомеи // Природа, 2000, № 5. С. 12–18.
  8. Флинт М.В., Арашкевич Е.Г., Артемьев В.А. и др. Экосистемы морей Сибирской Арктики. Материалы экспедиционных исследований 2015 и 2017 гг. Москва: Институт океанологии им П.П. Ширшова РАН, 2018. 232 с.
  9. Шоман Н.Ю. Совместное действие света, температуры и обеспеченности азотом на скорость роста и содержание хлорофилла а у морских диатомовых водорослей / дисс. … канд. биол. наук, Севастополь, 2020, 149 с.
  10. Экосистемы Карского моря и моря Лаптевых. Экспедиционные исследования 2016 и 2018 гг. М.: Издатель Ерхова И.М., 2021. 368 с.
  11. BelyaevV.I. Modelling the influence of turbulence on phytoplankton photosynthesis // Ecological Modelling. 1992. V. 60. № 1. P. 11–29.
  12. Demidov A.B., Mosharov S.A., Makkaveev P.N. Patterns of the Kara Sea primary production in autumn: Biotic and abiotic forcing of subsurface layer // Journal of Marine Systems. 2014. V. 132. P. 130–149.
  13. Demidov A.B., Gagarin V.I., Vorobieva O.V. et al. Spatial and vertical variability of primary production in the Kara Sea in July and August 2016: the influence of the river plume and subsurface chlorophyll maxima // Polar Biology. 2018. V. 41. № 3. P. 563–578.
  14. Edwards K.F., Thomas M.K., Klausmeier C.A., Litchman E. Allometric scaling and taxonomic variation in nutrient utilization traits and maximum growth rate of phytoplankton // Limnol. oceanogr. 2012. V. 57. № 2. P. 554–566.
  15. Goldman J.C., McCarthy J.J. Steady state growth and ammonium uptake of a fast-growing marine diatom1 // Limnol. oceanogr. 1978. V. 23. № 4. P. 695–703.
  16. Kuznetsov A.G., Konyukhov I.V., Pogosyan S.I. et al. Microfluorimeter for studying the state of photosynthetic apparatus of individual cells of microalgae // Oceanology. 2021. V. 61.P. 1055–1063.
  17. Litchman E., Klausmeier C.A., Miller J.R. et al. Multi-nutrient, multi-group model of present and future oceanic phytoplankton communities // Biogeosciences. 2006. № 3. P. 585–606.
  18. Lomas M.W., Baer S.E., ActonS., Krause J.W. Pumped up by the cold: elemental quotas and stoichiometry of cold-water // Diatoms. Front. Mar. Sci. 2019. V. 6. 286.
  19. Menden-Deuer S., Lessard E.J. Carbon to volume relationships for dinoflagellates, diatoms, and other protist plankton // Limnol. oceanogr. 2000. V. 45. № 3. P. 569–579.
  20. Muggli D. L., Lecourt M., Harrison P. J. Effects of iron and nitrogen source on the sinking rate, physiology and metal composition of an oceanic diatom from the subarctic Pacific // Marine Ecology Progr. Ser. 1996. V. 132. № 1/3. P. 215–227.
  21. NetLogo. URL: http://ccl.northwestern.edu/netlogo/ (дaтaogosterne subarctic Pa).
  22. Parslow J.S., Harrison P.J., Thompson P.A. Saturated uptake kinetics: transient response of the marine diatom Thalassiosira pseudonanato ammonium, nitrate, silicate or phosphate starvation // Marine Biology. 1984. V. 83. № 1. P. 51–59.
  23. Rhee G.-Y., Gotham I.J. The effect of environmental factors on phytoplankton growth: Temperature and the interactions of temperature with nutrient limitation // Limnol. oceanogr. 1981. 26. № 4. P. 635–648.
  24. Strzepek R.F., Price N.M. Influence of irradiance and temperature on the iron content of the marine diatom Thalassiosira weissflogii (Bacillariophyceae) // Marine Ecology Progr. Ser. 2000. V. 206. P. 107–117.
  25. Vedernikov V.I., Demidov A.B., Sud’bin A.I. Primary productionand chlorophyll in the Kara Sea in September 1993 // Oceanology. 1995. 34. P. 630–640.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (367KB)
Indexing metadata
3.

Download (231KB)
Indexing metadata
4.

Download (49KB)
Indexing metadata
5.

Download (38KB)
Indexing metadata
6.

Download (56KB)
Indexing metadata
7.

Download (160KB)
Indexing metadata
8.

Download (125KB)
Indexing metadata
9.

Download (118KB)
Indexing metadata
10.

Download (199KB)
Indexing metadata
11.

Download (26KB)
Indexing metadata
12.

Download (182KB)
Indexing metadata
13.

Download (95KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 П.В. Фурсова, Г.Ю. Ризниченко, И.В. Конюхов, С.И. Погосян

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».