Anna K. Zalota

1 Institutul de Oceanologie Shirshov, Academia Rusă de Științe (SIO RAS), Moscova, Rusia

Olga L. Zimina

2 Institutul biologic marin Murmansk KSC, Academia Rusă de Științe (MMBI KSC RAS), Murmansk, Rusia

Vassily A. Spiridonov

1 Institutul de Oceanologie Shirshov, Academia Rusă de Științe (SIO RAS), Moscova, Rusia

Date asociate

Următoarele informații au fost furnizate cu privire la disponibilitatea datelor:

Datele brute sunt disponibile ca fișier suplimentar.

Abstract

Introducere

Crabul de zăpadă, Chionoecetes opilio (Decapoda: Oregonidae) a invadat zone întinse din mările Barents și Kara cu o viteză fără precedent pentru o specie de raft (Pavlov, 2006; Pavlov & Sundet, 2011; Zimina, 2014; Bakanev, 2015; Sokolov și colab., 2016; Spiridonov și Zalota, 2017; Zalota, Spiridonov și Vedenin, 2018). Gama nativă a acestei specii acoperă Atlanticul de Nord-Vest (apele Newfoundland și Labrador, raftul sud-vestic al Groenlandei până la sudul golfului Baffin) (Squires, 1990); Pacificul de Nord la nord de Insulele Aleutine și Marea Japoniei (Slizkin, 1982) și Marea Chukchi spre vest până la limita cu Marea Siberiană de Est și spre est până la Marea Beaufort (Slizkin, Fedotov și Khen, 2007; Sirenko & Vassilenko, 2008). Există o singură evidență a crabilor de zăpadă la granița dintre Estul Siberian și Marea Laptev, în largul Noilor Insule Siberiene (Sokolov, Petryashov și Vassilenko, 2009). Ch. opilio este un prădător activ bentonic care consumă o gamă largă de nevertebrate și chiar pești (Tarverdieva, 1981; Chuchukalo și colab., 2011; Lovvorn, 2010; Kolts și colab., 2013; Zalota, 2017; Zakharov și colab., 2018).

Prima înregistrare a unui crab de zăpadă în Marea Barents a fost în 1996 (Kuzmin, Akhtarin și Menis, 1998). Este posibil ca introducerea să aibă loc între mijlocul anilor 1980 și 1993 (Alvsvåg, Agnalt & Jørstad, 2009; Strelkova, 2016). La mijlocul anilor 2010, crabii de zăpadă au ocupat întreaga parte centrală, estică și cea mai mare parte a nordului Mării Barents. Pescuitul necontrolat de crab de zăpadă a început în 2013 în enclava internațională de pescuit dintre CEE și Rusia și în zona de protecție a pescuitului Spitsbergen (Bakanev, Pavlov și Goryanina, 2017; Sundet & Bakanev, 2014). O pescărie reglementată de crabi de zăpadă în CEE din Marea Barents a început în 2016 (Bakanev și colab., 2016).

Populația de crabi de zăpadă a crescut în Marea Barents și s-a extins spre Marea Kara. Primii crabi au fost găsiți la limita celor două mări în 2008 (Strelkova, 2016), apoi în nord-vestul Mării Kara în 2010 și 2011 (Strelkova, 2016; Zalota, Spiridonov și Vedenin, 2018). Atât adulții, cât și larvele au fost capturate în sud-vestul Mării Kara în 2012 (Zimina, 2014). În mai puțin de cinci ani după înregistrările inițiale, Ch. opilio a fost observat pe întregul raft vestic al Mării Kara (Zalota, Spiridonov și Vedenin, 2018). O abundență mare de crabi adulți de zăpadă a fost înregistrată în 2013 în sud-vestul Mării Kara, între Peninsula Yamal și strâmtoarea Kara Gate, care este intrarea din Marea Barents (Strelkova, 2016). În 2014, mai multe grupuri de dimensiuni de tineri au fost prezente pe întregul raft vestic și fiordurile arhipelagului estic Novaya Zemlya, cele mai numeroase grupuri provenind probabil din stabilirea larvelor în 2013 (Zalota, Spiridonov și Vedenin, 2018). Este încă incert dacă populația de crab de zăpadă Kara este pe deplin stabilită și independentă de importul larvelor și de migrația adulților din Marea Barents și de cât de departe se poate extinde spre est.

Condițiile oceanografice ale Mării Kara sunt foarte diferite de Marea Barents. Marea Kara de vest este puternic influențată de schimbul de apă cu Marea Barents și de advecția apei proaspete din scurgerile mari ale râurilor siberiene (Pavlov & Pfirman, 1995; Zatsepin și colab., 2010a; Zatsepin și colab., 2010b; și colab., 2015; Polukhin și Zagretdinova, 2016). Marea Kara este acoperită cu gheață pentru cea mai mare parte a anului, cu masive extinse de gheață rapidă și formațiuni polynya regulate (Gavrilo & Popov, 2011; Polukhin & Zagretdinova, 2016). De la mijlocul anilor 2000, Marea Kara a urmat tendința generală arctică de întârziere a formării gheții marine în toamnă și decăderea mai timpurie în primăvara/începutul verii (Ashik și colab., 2014). Acest lucru a coincis cu începutul lui Ch. invazia opilio din Marea Barents (Zalota, Spiridonov și Vedenin, 2018).

În comparație cu Marea Barents, Marea Kara are o productivitate primară mult mai redusă (Vinogradov și colab., 2000; Romankevich și Vetrov, 2001; Demidov și Mosharov, 2015; Demidov, Mosharov și Makkaveev, 2015) și biomasa bentică (Zenkevich, 1963; Denisenko, Rachor & Denisenko, 2003; Kulakov și colab., 2004; Udalov, Vedenin și Simakov, 2016; Chava și colab., 2017). Ecosistemul său este afectat în mod vizibil de schimbările climatice și de prelungirea sezonului fără gheață (Ashik et al., 2014). Acumularea persistentă de poluare organică (evaluarea AMAP, 2015), dezvoltarea masivă de petrol și gaze offshore și de coastă și transportul maritim (Amiragyan, 2017) vor avea impact asupra Mării Kara în viitorul apropiat. Înființarea unei populații de crab de zăpadă reproducătoare, chiar dacă rămâne dependentă de stocul Mării Barents, poate avea un impact suplimentar pe scară largă asupra ecosistemului distinct al Mării Kara. Pe de altă parte, crabii de zăpadă ar putea crește la dimensiuni comerciale și ar putea deveni ținta pescuitului în larg reglementat, care nu a mai existat anterior în Marea Kara. Prin urmare, este esențial să se studieze dezvoltarea populației de crabi de zăpadă în Marea Kara pentru a prognoza viitorul ecosistemelor raftului siberian și a opțiunilor pentru gestionarea resurselor și conservarea biodiversității.

Populația de crabi de zăpadă de la Marea Barents este monitorizată spațial și temporal într-un mod standardizat (Jørgensen și colab., 2015; Strelkova, 2016). Datorită resurselor sale piscicole limitate, Marea Kara este mai puțin frecvent vizitată și supravegheată folosind traule standard pentru pescuit, ceea ce face foarte dificilă obținerea de eșantioane reprezentative de crabi adulți de zăpadă și monitorizarea abundenței acestora (Zimina și colab., 2015; Sokolov și colab. al., 2016). Din 2007, echipamente științifice mai mici, cum ar fi traule Sigsbee, au fost utilizate în expedițiile regulate ale SIO către Marea Kara. Oferă o bună reprezentare a grupurilor juvenile, dar cel mai probabil subestimează crabii mari (Zalota, Spiridonov și Vedenin, 2018). Prin urmare, pentru a studia populația de crabi de zăpadă din Kara și potențial în alte mări siberiene pe termen lung, trebuie să învățăm cum să combinăm datele furnizate de diferite unelte pentru a trage concluzii semnificative și a obține date de fiecare dată când există o oportunitate.

În sezonul estival al anului 2016 am folosit trei metode pentru a studia compoziția și abundența dimensiunii crabului de zăpadă: traul Sigsbee, transecte video; și o traulă de fund mare de tip Campelen. Sondajul video nu dăunează fundului mării și este o metodă mai puțin costisitoare și mai puțin costisitoare de muncă pentru evaluarea rapidă a densității și a structurii dimensiunilor așezărilor crabilor. Cu toate acestea, datelor video le lipsește informații importante, cum ar fi diferențele în compoziția dimensiunilor legate de raportul de sex. Prin urmare, este important să identificați informațiile care pot fi combinate în siguranță.

Scopul prezentei lucrări este de a compara și a înțelege diferențele în rezultatele obținute de diferite unelte de eșantionare pentru a studia o invazie continuă a unui crab extraterestru în Marea Kara îndepărtată. Datele de la trei tipuri de unelte de eșantionare sunt analizate pentru a obține dimensiunea și compoziția sexuală, precum și densitatea așezărilor de crab de zăpadă în Marea Kara în 2016. Prin identificarea specificului și fuzionarea rezultatelor obținute de aceste diferite unelte ne propunem să evaluăm progresul din Ch. invazia opilio în Marea Kara și să o comparăm cu etapele anterioare (2008-2014) descrise de Zimina (2014), Strelkova (2016) și Zalota, Spiridonov și Vedenin (2018).

Material si metode

Crabii Chionoecetes opilio au fost studiați folosind trei metode de eșantionare, în timpul croazierei navei de cercetare Dalniye Zelentsy (MMBI) și RV Akademik Mstislav Keldysh (SIO), în august - septembrie 2016. Eșantioanele MMBI au fost colectate folosind un traul de tip Campelen cu o orizontală de 20 m printr-o deschidere verticală de 8-10 m, echipată cu o plasă dublă; plasa exterioară cu ochiuri de 135 mm și inserția inferioară a plasei cu ochiuri de 12 mm. Probele SIO au fost colectate folosind o traulă Sigsbee cu un cadru de oțel cu lățimea de doi m și înălțimea de 35 cm. Traulul a fost echipat cu o plasă dublă; plasa exterioară avea o plasă de 45 mm, iar plasa interioară avea o plasă de 4 mm.

Un transect video a fost filmat de echipa de cercetare tehnică și tehnică SIO în combinație cu patru probe de traul (Fig. 1). Acest lucru a fost realizat folosind un modul video nelocuit, remorcat, scufundat, inert (UTSI) (Pronin, 2017), echipat cu un sistem de control și transmisie de date prin care se primesc informații și comenzile de control sunt transmise printr-un cablu optic în timp real. Modulul video UTSI are un sistem de navigație, sursă de alimentare, trei camere video (dintre care una este de înaltă rezoluție, configurată pentru a efectua inspecții planimetrice), șase proiectoare floodlight și doi indicatori de scară laser, cu o distanță stabilită între ei de 60 cm . Utilizarea modulului video UTSI ne-a permis să obținem imagini georeferențiate (inclusiv adâncime), orientate spațial și scalate ale fundului cu organisme.

date

CERCURI- Stații de traule de fund MMBI; DIAMANTE - Stații de traul SIO RAS Sigsbee; și STELE –Stări cu imagini video din partea de jos folosind modulul UTSI Video. (Hărți create folosind PanMap; Grobe, Diepenbroek și Siems, 2003).

Echipa de pe RV Dalniye Zelentsy a colectat crabi din 53 de stații (denumite în continuare eșantioane MMBI) din partea de vest a peninsulei Yamal din Marea Kara (Fig. 1, cercuri). Academicianul RV Mstislav Keldysh a colectat probe de traul (denumite în continuare probe SIO) în vecinătatea a patru golfuri ale arhipelagului Novaya Zemlya și a două în zona strâmtorii Kara Gates (Fig. 1, diamante). Transectele video (denumite în continuare eșantioane video) au fost făcute înainte de traul în patru dintre aceste stații (Fig. 1, stele în diamante) și în vecinătatea golfului Tsivolka fără o probă de traul (Fig. 1, stea neagră) . Stațiile de traule ale SIO au urmat îndeaproape ruta transectelor video și, prin urmare, pot fi comparate direct. Atât eșantionarea video, cât și cea de pescuit au fost făcute în vecinătatea golfurilor Blagopoluchiya, Haug și Abrosimov, precum și în regiunea sudică a strâmtorii Kara Gates (denumită în continuare Gates 2) (Fig. 1).

Toți crabii prinși în traule au fost sexați, pe baza caracteristicilor vizuale, și măsurați (lățimea carapacei, CW) folosind un etrier până la cel mai apropiat milimetru la bordul navelor. În acest studiu, crabii cu CW mai mică de 11 mm, al căror sex nu poate fi ușor identificat prin inspecție vizuală, sunt denumiți „tineri”. Videoclipurile au fost vizualizate folosind programul Media Player Classic - Home Cinema în modul ecran complet. În mod manual, prin capturi de ecran, videoclipurile au fost împărțite în cadre statice în funcție de modificările din caracteristicile de jos pentru a ține cont de viteza variabilă de remorcare, schimbarea adâncimii și mărirea. Înălțimea și lățimea cadrului, distanța dintre două puncte laser și lățimea carapacei (CW) a crabilor prezenți pe imagine au fost măsurate cu ajutorul unei rigle. Toate măsurătorile cadrului au fost convertite în dimensiuni reale, având în vedere că distanța dintre punctele laser de pe fund a fost de 60 cm.

Nici un crab nativ, Hyas araneus, nu a fost observat în aceste videoclipuri. Cu toate acestea, în videoclipurile realizate în alți ani (care nu au fost discutate în această lucrare), crabii nativi ar putea fi diferențiați cu succes de crabii de zăpadă opilio din vecinătatea strâmtorii Porții Kara. Fiecare cadru video a fost inspectat vizual de către o persoană (A. Zalota). Acest lucru a fost făcut pentru a minimiza erorile legate de diferite interpretări de către diverși observatori, care sunt inevitabile într-o astfel de analiză subiectivă. Cadrele în care privitorul nu a putut identifica organismele nu au fost ușor folosite. Acest lucru s-a întâmplat când modulul video a fost ridicat prea sus deasupra fundului mării (din cauza valurilor), dar supus vizibilității. Nu toate crabele măsurate au fost utilizate în calculele densității, deoarece unele cadre au trebuit să fie tăiate în jurul marginilor pentru a standardiza metoda de calcul a suprafeței (în cazurile în care camera a micșorat și a fost vizibilă o lentilă circulară pe cadru).

Majoritatea calculelor și analizelor statistice au fost efectuate folosind RStudio (RStudio Team, 2016; R Core Team, 2018). Structura mărimii crabilor colectați a fost analizată utilizând analiza modelului de amestec în software-ul PAST (Hammer, 2013). Cele mai bune modele de potrivire au fost selectate folosind criteriile Akaike (Akaike, 1974) și probabilitatea jurnalului. Pentru a analiza tendințele posibile ale distribuției mărimii crabilor în spațiu, am analizat corelația dintre adâncimea stațiilor de eșantionare și diferiți parametri statistici ai CW. Corelațiile au fost calculate utilizând pachetul Microsoft Excel.

Rezultate

În general, datele au fost colectate de la 64 de stații de eșantionare. MMBI a traulat la 53 de stații și a prins 662 de crabi; SIO a prins 857 din 6 stații de traul și 884 de crabi au fost surprinși pe cameră la cele 5 stații în care a fost utilizat modulul video (Fig. 1). În total s-au măsurat 2.402 de crabi, care includ 1520 de crabi prinși în traule.

Compoziția mărimii dezvăluită prin diferite metode de eșantionare

Diferite metode de colectare au condus la distribuirea diverselor dimensiuni a crabilor. Deși compoziția dimensiunii crabilor de zăpadă masculi și femele adulți diferă de obicei, discutăm compoziția lor agregată pentru a compara datele de la traul cu datele video, pentru care nu este posibilă diferențierea de sex. Lățimea carapacei (CW) a crabilor prinși în timpul traulului SIO a variat între 4 și 117 mm (Fig. 2A). Analiza amestecului de CW a identificat 9 grupuri de dimensiuni distincte din cea mai mare parte a crabilor SIO (7 grupuri din analiză și 2 au fost adăugate manual pentru a reduce zgomotul în timpul analizei) (Tabelul 1). Majoritatea crabilor erau de dimensiuni mici, cu modul CW la 14 mm (în timp ce media era de 16 mm) și un alt grup abundent la CW 10 mm.

(A) Toate probele SIO colectate de traul Sigsbee; (B) eșantioane MMBI colectate de o traulă de fund mare; (C) Toate datele obținute din înregistrări video.