Krill dọc theo kinh tuyến 110°E: Ảnh hưởng của các yếu tố hải dương học lên sự phân bố của các quần xã sinh vật ở Ấn Độ Dương phía Đông

Trong các hệ sinh thái biển tầng nước sâu ở tất cả các đại dương, euphausiids (krill) là những thành phần quan trọng trong zooplankton. Vào tháng 5–6 năm 2019, euphausiids đã được nghiên cứu từ các vùng nước ôn đới đến nhiệt đới dọc theo kinh tuyến 110°E, nơi đã được khảo sát lần đầu tiên vào năm 1962–1963 trong khuôn khổ Chương trình Khám phá Ấn Độ Dương Quốc tế (IIOE). Tổng cộng có 28 loài euphausiid nhiệt đới, cận nhiệt đới và ôn đới được xác định từ các mẫu thả lưới dọc theo chiều sâu từ 200 m của cột nước giữa 11,5°S và 39,5°S. Mật độ ấu trùng, vị thành niên và trưởng thành thường cao hơn ở các vùng nước ấm của vùng nhiệt đới, và số loài cũng cao hơn, mặc dù mật độ cao nhất ghi nhận được (4240 inds·1000 m−3), chủ yếu là loài Thysanoessa gregaria, lại xuất hiện ở vùng nước lạnh phía nam Mặt trận Cận Nhiệt Đới. Các loài thuộc chi Stylocheiron và Euphausia chiếm ưu thế dọc theo hầu hết các tuyến khảo sát. Các khối nước khác nhau cùng với sự ảnh hưởng của các dòng hải lưu dường như đã ảnh hưởng đến sự phân bố các loài euphausiids, chẳng hạn như loài Euphausia pacifica/nana từ Thái Bình Dương, có thể đã xâm nhập vào khu vực nghiên cứu qua Dòng Chảy Indonesia, và loài Pseudeuphausia latifrons thường sống gần bờ, có thể là do sự lan truyền về phía tây của các vòng xoáy dòng hải lưu Leeuwin. Phân tích dư thừa cho thấy rằng các tính chất của các khối nước có ảnh hưởng mạnh mẽ hơn đến sự biến động của các quần thể euphausiids so với sự sẵn có của thức ăn (chlorophyll a), vốn khá thấp ở hầu hết các khu vực khảo sát. So với IIOE lần đầu tiên, khi sử dụng phương pháp thu mẫu IOSN tương tự, số lượng loài xác định được từ đợt thu mẫu kéo dài hơn vào năm 1962–1963 cũng tương đương, mặc dù sự xuất hiện của các loài hiếm có sự khác biệt. Tại các vĩ độ tương tự vào tháng 5–6 trong các năm 1963 và 2019, tổng mật độ euphausiid và tỷ lệ các giai đoạn sống cũng tương đồng. Đây là cơ hội hiếm có để lặp lại một cuộc khảo sát mở trên đại dương, cung cấp một cơ sở cập nhật về sự xuất hiện, phân bố và quần thể các loài euphausiid ở phía Đông Ấn Độ Dương.

Giới thiệu

Sự quan tâm khoa học đối với euphausiids đang ngày càng gia tăng nhờ vào tầm quan trọng của chúng trong chuỗi thức ăn biển (Hipfner, 2009; Waugh et al., 2012), khả năng chúng làm phân bón cho đại dương và thu giữ carbon (Belcher et al., 2019; Cavan et al., 2019), phản ứng của chúng với các yếu tố khí hậu thay đổi (Kawaguchi et al., 2011; Atkinson et al., 2019), tầm quan trọng trong ngành thủy sản dùng làm thực phẩm và dầu (Xie et al., 2019; Kawaguchi và Nicol, 2020), và thậm chí là vai trò của chúng trong việc tiêu hóa nhựa biển (Dawson et al., 2018; Bergami et al., 2020). Trong khi phần lớn nghiên cứu tập trung vào các vùng nước cực, nơi mật độ euphausiid đủ cao để hỗ trợ quần thể động vật khổng lồ (Andrews-Goff et al., 2018; Miller et al., 2019; Harrison et al., 2020), euphausiids hiện diện toàn cầu và đã thích nghi với một loạt các gradient về nhiệt độ, độ mặn, dưỡng chất và oxy (Letessier et al., 2011a, 2011b; Sutton và Beckley, 2017a). Những khả năng này của chúng là cần thiết để thực hiện di cư dọc theo chiều sâu ban ngày và ban đêm, trong đó euphausiids di chuyển đến vùng nước nông vào ban đêm để kiếm ăn và trở lại độ sâu lớn hơn vào ban ngày để tránh bị săn mồi. Những chuyến di cư này có thể kéo dài hàng trăm mét (Brinton, 1962; Youngbluth, 1976; Tarling et al., 1999; Brinton et al., 2000), điều này liên quan đến tầm quan trọng của chúng trong việc phân bố các dưỡng chất từ các chuỗi phân qua cột nước. Mặc dù euphausiids có thể di chuyển qua các khối nước khác nhau và bị vận chuyển bởi các dòng hải lưu nhờ vào chu trình sống holoplankton, nhiều loài có mối quan hệ với các vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới và/hoặc ôn đới (Brinton, 1975; Dadon và Boltovsky, 1982; Gibbons et al., 1995; Tarling et al., 1995).
Euphausiids đã được nghiên cứu trên toàn bộ Ấn Độ Dương giữa năm 1962 và 1963 trong khuôn khổ Chương trình Khám phá Ấn Độ Dương Quốc tế lần thứ nhất (IIOE: 1959–1965) (Brinton và Gopalakrishnan, 1973) và đặc biệt có liên quan đến nghiên cứu này, bao gồm một phân tích về euphausiids dọc theo tuyến 110°E (McWilliam, 1977; Tranter và Kerr, 1977). Cuộc khảo sát tuyến 110°E kéo dài từ các vùng nước nhiệt đới đến các vùng nước cận nhiệt đới (9–32°S) và xác định 29 loài euphausiid trưởng thành và vị thành niên, từ đó phân chia các nhóm quần thể và liên kết với các tính chất vật lý và sinh học. Kể từ khi IIOE, hầu hết các nỗ lực nghiên cứu về euphausiids ở Đông Ấn Độ Dương tập trung vào các khu vực ven biển và hệ thống dòng hải lưu biên giới, thay vì các khu vực đại dương mở (ví dụ, Sutton và Beckley, 2016; Sutton và Beckley, 2017b). Vào năm 2015, IIOE lần thứ hai (IIOE-2) đã được khởi động với mục tiêu tiến hành một nghiên cứu toàn diện về Ấn Độ Dương từ các vùng nước ven biển đến các lưu vực biển sâu trong giai đoạn 2015–2020 (Hood et al., 2015). Nghiên cứu này báo cáo về các loài euphausiids thu thập được vào năm 2019 trong đóng góp của Úc cho IIOE-2 bằng cách lặp lại khảo sát tuyến 110°E.
Tuyến 110°E nằm ở khu vực Đông Ấn Độ Dương gần hệ thống dòng hải lưu Leeuwin ngoài khơi Tây Úc. Vùng này chủ yếu bị ảnh hưởng bởi Dòng hải lưu Nam Xích đạo (Domingues et al., 2007), Dòng hải lưu Xoáy Đông (Menezes et al., 2013), các vòng xoáy của Dòng hải lưu Leeuwin và đặc biệt là Dòng Chảy Indonesia, kết nối giữa Thái Bình Dương và Ấn Độ Dương, tạo ra một con đường cho các dòng nước và loài nhiệt đới (Brinton, 1962, 1975; Meyers et al., 1995; Wijffels et al., 2008; Susanto et al., 2012). Đông Ấn Độ Dương có đặc tính ôn đới nghèo dưỡng chất do sự hiện diện của vòng xoáy cận nhiệt đới (Rochford, 1969; Thompson et al., 2011) và sự ức chế của hiện tượng vươn lên ven biển bởi Dòng hải lưu Leeuwin (Hanson et al., 2005).
Mục tiêu của nghiên cứu này là kiểm tra các quần thể euphausiids qua một gradient vĩ độ 3000 km ở Đông Ấn Độ Dương và các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến các quần thể đó. Gần 60 năm đã trôi qua kể từ lần nghiên cứu phân bố và mật độ của euphausiids dọc theo tuyến 110°E từ vùng nước cận nhiệt đới đến nhiệt đới. Mặc dù dữ liệu gốc từ IIOE lần thứ nhất không thể truy cập được, nhưng nhờ vào các phân tích đã công bố của McWilliam (1977), chúng tôi đã thực hiện một số so sánh về tổng mật độ euphausiid và thành phần loài.

Khu vực nghiên cứu và các trạm lấy mẫu

Một chuyến đi đa ngành trên tàu R.V. Investigator đã khảo sát các đặc tính vật lý, sinh học và sinh hóa của tuyến 110°E từ ngày 17 tháng 5 đến 6 tháng 6 năm 2019. Tổng cộng có 20 trạm được lấy mẫu zooplankton dọc theo tuyến 110°E, nơi độ sâu đáy biển dao động từ 4000 đến 6000 m (Hình 1, Bảng 1). Việc lấy mẫu bắt đầu từ vùng nước ôn đới tại 39,5°S (Trạm 1) và kết thúc tại vùng nước nhiệt đới ở 11,5°S (Trạm 20), với các trạm cách nhau khoảng 1,5°. Tương tự như trong IIOE,

Sự phong phú loài, phân bố và mật độ của euphausiid dọc tuyến 110°E
Tổng cộng có 28 loài euphausiid thuộc 7 chi được xác định dọc theo tuyến 110°E từ 11,5°S đến 39,5°S (Hình 2, Phụ lục 2). Các loài này bao gồm các loài nhiệt đới, cận nhiệt đới và ôn đới. Số lượng loài ở mỗi trạm tăng dần từ các trạm ôn đới (khoảng 5 loài) đến các trạm nhiệt đới (17 loài), ngoại trừ Trạm 2 tại 38°S (12 loài) (Hình 3). Nhiều loài được thu thập hơn trong các lưới đêm so với ban ngày (p < 0.001, n = 43, Mann-Whitney).

Thảo luận

Đối với euphausiids ở Đông Ấn Độ Dương, có những mẫu hình rõ ràng về sự khác biệt giữa ban ngày và ban đêm về loài và mật độ, phản ánh di cư theo chu kỳ ngày đêm, và nhiều loài hơn với mật độ cao hơn thường thấy ở các vùng nước ấm. Điều thú vị là sự vắng mặt của sự kết nối chặt chẽ giữa các loài nhiệt đới, cận nhiệt đới và ôn đới, điều này có nghĩa là các tập hợp loài thay đổi dần dần qua các vĩ độ nhiệt đới và cận nhiệt đới, với một số nhóm loài phân biệt rõ rệt ở các vĩ độ cực bắc và cực nam.

Tuyên bố về lợi ích cạnh tranh

Các tác giả tuyên bố rằng họ không có lợi ích tài chính hoặc quan hệ cá nhân nào có thể ảnh hưởng đến công trình nghiên cứu được báo cáo trong bài báo này.

Lời cảm ơn

Thời gian của tàu cho cuộc điều tra này được tài trợ bởi Cơ sở Hải dương Quốc gia Úc (IN2019_V03). Chúng tôi cảm ơn thuyền trưởng và thủy thủ đoàn của tàu RV Investigator đã hỗ trợ công trình nghiên cứu này. Chúng tôi cảm ơn các nhóm hỗ trợ kỹ thuật và hóa sinh học của CSIRO về dữ liệu CTD. Mẫu sinh vật phù du được thu thập theo giấy phép đạo đức của Đại học Murdoch số R2885/16 và các mẫu thu tại các trạm từ 29 đến 23°S được thực hiện theo giấy phép của Chính phủ Úc AU-COM2019-446, Quản lý Thủy sản Úc.