Zooplankton of the Laptev Sea: is the “effect of the continental slope” manifested in the distribution, feeding activity and grazing impact on phytoplankton?

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Mesozooplankton composition, distribution, and grazing in the areas of the continental slope, outer shelf and deep basin of the Laptev Sea were studied. Data were obtained in August–September 2018 during the cruise # 72 of the RV Akademik Mstislav Keldysh at two quasi-meridional sections. Zooplankton biomass (DW) in the 0–bottom layer increased with depth from 3–5 g ∙ m–2 on the shelf to 9–17 g ∙ m–2 above the slope and 12–17 g ∙ m–2 in deep-water areas. Over the shelf and slope, the share of Calanus glacialis in the total biomass was 80% and 45%, and it decreased to 32% in the deep-water area while C. hyperboreus’ increased to 39%. Contrary to the present concept of an of increased plankton concentration “belt” over the continental slope, no increase in the total zooplankton biomass was found in this area. Difference in the timing of the seasonal ice retreat was significant for the development of the C. glacialis and had virtually no effect on the population dynamics of C. hyperboreus and Metridia longa. Daily rations through herbivory did not cover metabolic expenditures. Daily zooplankton grazing impact on phytoplankton of the size fraction > 3 μm was 0.4–2% of phytoplankton biomass on the shelf, 7–10% above the slope, and 1.5–6% in the deep-water area.

About the authors

A. V. Drits

Shirshov Institute of Oceanology Russian Academy of Science

Author for correspondence.
Email: adrits@mail.ru
Moscow, Russia

A. F. Pasternak

Shirshov Institute of Oceanology Russian Academy of Science

Email: adrits@mail.ru
Moscow, Russia

E. G. Arashkevich

Shirshov Institute of Oceanology Russian Academy of Science

Email: adrits@mail.ru
Moscow, Russia

A. A. Nedospasov

Shirshov Institute of Oceanology Russian Academy of Science

Email: adrits@mail.ru
Moscow, Russia

D. D. Osipova

Shirshov Institute of Oceanology Russian Academy of Science

Email: adrits@mail.ru
Moscow, Russia

M. V. Flint

Shirshov Institute of Oceanology Russian Academy of Science

Email: adrits@mail.ru
Moscow, Russia

References

  1. Арашкевич Е.Г., Дриц А.В., Пастернак А.Ф. и др. Распределение и питание растительноядного зоопланктона в море Лаптевых // Океанология. 2018. Т. 58. № 3. С. 404–419. doi: 10.7868/S0030157418030061.
  2. Ветров А.А., Романкевич Е.А., Беляев Н.А. Хлорофилл, первичная продукция, потоки и баланс органического углерода в море Лаптевых // Геохимия. 2008. Т. 10. С. 1122–1130.
  3. Горбатенко К.М., Кияшко С.И. Состав зоопланктона и трофический статус гидробионтов моря Лаптевых и Восточно-Сибирского моря // Океанология. 2019. Т. 59. № 6. С. 987–997.
  4. Демидов А.Б., Шеберстов С.В., Гагарин В.И. Сезонная изменчивость и оценка годовой величины первичной продукции фитопланктона в море Лаптевых по данным сканера modis-aqua // Исследование земли из космоса. 2019. Т. 6. С. 48–65. https://doi.org/10.31857/S0205-96142019648-65
  5. Дриц А.В., Арашкевич Е.Г., Никишина А.Б. и др. Питание массовых видов мезозоопланктона и их роль в выедании фитопланктона в Енисейском эстуарии в осенний сезон // Океанология. 2015. Т. 55. № 4. С. 632–642. doi: 10.7868/S0030157415040048.
  6. Дружкова Е.И., Макаревич П.Р. Исследования фитопланктона моря Лаптевых: история и современность // Труды КНЦ РАН. 2013. Т. 1. № 14. С.71–79.
  7. Кособокова К.Н. Зоопланктон Арктического бассейна. Структура сообществ, экология, закономерности распределения. М.: ГЕОС, 2012. 272 с.
  8. Система моря Лаптевых и прилегающих морей Арктики: современное состояние и история развития / Ред. Х. Кассенс, А.П. Лисицын, Й. Тиде и др. М.: МГУ, 2009. 605 с.
  9. Суханова И.Н., Флинт М.Ф., Дружкова Е.И. и др. Фитопланктон северо-западной части Карского моря // Океанология. 2015. Т. 55. № 4. С. 605–619.
  10. Флинт М.В., Анисимов И.М., Арашкевич Е.Г. и др. Экосистемы Карского моря и моря Лаптевых. Материалы экспедиционных исследований 2016 и 2018 гг. М.: Издатель Ерохова И.М., 2021. 368 с.
  11. Флинт М.В., Арашкевич Е.Г., Артемьев В.А. и др. Экосистемы морей Сибирской Арктики. Материа- лы экспедиционных исследований 2015 и 2017 гг. М.: АПР, 2018. 232 с.
  12. Флинт М.В., Поярков С.Г., Тимонин А.Г. и др. Структура мезопланктонного сообщества в области континентального склона желоба Святой Анны (Карское море) // Океанология. 2015. Т. 55. № 4. С. 643–655. doi: 10.7868/S0030157415040061.
  13. Abramova E., Tuschling K. A 12-year study of the seasonal and interannual dynamics of mesozooplankton in the Laptev Sea: Significance of salinity regime and life cycle patterns // Glob. Planet. Change. 2005. V. 48. P. 141–164.
  14. Arashkevich E.G., Drits A.V., Pasternak A.F. et al. Relationship between respiration rate and body weight in Arctic copepods at subzero temperature // Oceanology. 2024. V. 64. No. 2. P. 267–277. doi: 10.1134/S0001437024020024.
  15. Atadzhanova O.A., Zimin A.V., Svergun E.I. et al. Submesoscale eddy structures and frontal dynamics in the Barents Sea // Physic. Oceanogr. [e-journal]. 2018. V. 25. Nо. 3. P. 220–228. doi: 10.22449/1573-160X-2018-3-220-228.
  16. Ashjian C.J., Campbell R.G., Welch H.E. et al. Annual cycle in abundance, distribution, and size in relation to hydrography of important copepod species in the western Arctic Ocean // Deep-Sea Res. I. 2003. V. 50. P. 1235–1261. doi: 10.1016/S0967-0637(03)00129-8.
  17. Bluhm B.A., Janout M.A., Danielson S.L. et al. The Pan-Arctic continental slope: Sharp gradients of physical processes affect pelagic and benthic ecosystems // Front. Mar. Sci. 2020. V. 7:544386. doi: 10.3389/fmars.2020.544386.
  18. Conover R.J., Huntley M. Copepods in ice-covered seas – Distribution, adaptations to seasonally limited food, metabolism, growth patterns and life cycle strategies in polar seas // J. Mar. Sys. 1991. V. 2. P. 1–41. doi: 10.1016/0924-7963(91)90011-I.
  19. Daase M., Eiane K., Aksnes D.L. et al. Vertical distribution of Calanus spp. and Metridia longa at four Arctic locations // Mar. Biol. Res. 2008. V. 4. P. 193–207. doi: 10.1080/17451000801907948.
  20. Diel S. On the life history of dominant copepod species (Calanus finmarchicus, C. glacialis, C. hyperboreus, Metridia longa) in the Fram Strait // Ber. Polarforsch. (Bremerhaven). 1991. V. 88. P. 1–113.
  21. Dmitrenko I., Kirillov S., Ivanov V. Seasonal modification of the Arctic Ocean intermediate water layer off the eastern Laptev Sea continental shelf break // J. Geophys. Res. 2009. V. 114. doi: 10.1029/2008JC005229.
  22. Drits A., Pasternak A., Arashkevich E. et al. Timing of ice retreat determines summer state of zooplankton community in the Ob Estuary (the Kara Sea, Siberian Arctic) // Diversity. 2023. V. 15. Nо. 674. https://doi.org/10.3390/d15050674 а
  23. Drits A.V., Pasternak A.F., Arashkevich E.G. et al. Zooplankton of the Eastern Kara Sea: Response to a short ice-free period // Oceanology. 2023. V. 63. S. 1. P. S174–S187. doi: 10.1134/S0001437023070020 б.
  24. Ershova E.A., Kosobokova K.N. Cross-shelf structure and distribution of mesozooplankton communities in the East-Siberian Sea and the adjacent Arctic Ocean // Pol. Biol. 2019. V. 42. Nо. 7. P. 1353–1367. https://doi.org/10.1007/s0030 0-019-02523-2
  25. Fahl K., Cremer H., Erlenkeuser H. et al. Sources and pathways of organic carbon in the modern Laptev Sea (Arctic Ocean): implications from biological, geochemical and geological data // Polarforschung. 1999. V. 69. P. 193–205.
  26. Falk-Petersen S., Pavlov V., Berge J. et al. At the rainbow’s end: high productivity fueled by winter upwelling along an Arctic shelf // Pol. Biol. 2015. V. 38. P. 5–11. doi: 10.1007/s00300-014-1482-1.
  27. Flint M.V., Sukhanova I.A., Kopylov A.I. et al. Plankton distribution associated with frontal zones in the vicinity of the Pribilof Islands // Deep-Sea Res. II. 2002. V. 49. Nо. 26. P. 6069–6093.
  28. Gannefors C., Böer M., Kattner G. et al. The Arctic sea butterfly Limacina helicina: lipids and life strategy // Mar. Biol. 2005. V. 147. P. 169–177.
  29. Hirche H.J. Distribution of dominant calanoid copepod species in the Greenland Sea during late fall // Pol. Biol. 1991. V. 11. P. 351–362.
  30. Hirche H.J. Life cycle of the copepod Calanus hyperboreus in the Greenland Sea // Mar. Biol. 1997. V. 128. P. 607–618.
  31. Hirche H.J., Ershova E.A., Kosobokova K.N. et al. From fringe to basin: unravelling the survival strategies of Calanus hyperboreus and C. glacialis in the Arctic Ocean // Mar. Ecol. Prog. Ser. 2024. V. 745. P. 41–57. https://doi.org/10.3354/meps14665
  32. Hirche H.J., Kosobokova K.N. Distribution of Calanus finmarchicus in the northern North Atlantic and Arctic Ocean – expatriation and potential colonization // Deep-Sea Res. Part II. 2007. V. 54. P. 2729–2747.
  33. Hirche H.J., Niehoff B. Reproduction of the Arctic copepod Calanus hyperboreus in the Greenland Sea: Field and laboratory observations // Pol. Biol. 1996. V. 16. P. 209–219.
  34. Hop H., Wold A., Vihtakari M. et al. Zooplankton in Kongsfjorden (1996–2016) in relation to climate change // The Ecosystem of Kongsfjorden, Svalbard. Adv. Pol. Ecol. V. 2 / Eds. H. Hop, C. Wiencke. 2019. https://doi.org/10.1007/978-3-319-46425-1_7
  35. Huskin I., Anadón R., Álvarez-Marqués F. et al. Ingestion, faecal pellet and egg production rates of Calanus helgolandicus feeding coccolithophorid versus non-coccolithophorid diets // J. Exp. Mar. Biol. Ecol. 2000. V. 248. Nо. 2. P. 239–254. https://doi.org/10.1016/S0022-0981(00)00167-2
  36. Jakobsson M., Grantz A., Kristoffersen Y. et al. “The Arctic ocean: Boundary conditions and background information”, in The organic carbon cycle in the Arctic ocean. Eds. R. Stein, R.W. MacDonald (Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2004), pp. 1–32.
  37. Jaschnov W.A. 1970. Distribution of Calanus species in the seas of the Northern Hemisphere // Intern.Rev. Hydrobiologie. V. 55. P. 197–212.
  38. Irigoien X. Gut clearance rate constant, temperature and initial gut contents: a review // J. Plank. Res. 1998. V. 20. No. 5. P. 997–1003. doi: 10.1093/plankt/20.5.997.
  39. Kassens H., Dmitrenko I.A., Rachold V. et al. Russian and German scientists explore the Arctic’s Laptev Sea and its climate system // EOS, Trans., Am. Geophys.Union. 1998. V. 79. P. 317–323.
  40. Kassens H., Volkmann-Lark K. Russian-German cooperation. Laptev-Sea System: Expedition TRANSDRIFT XV, March 15 – April 28, 2009. Cruise report. 2010. https://oceanrep.geomar.de/id/eprint/28438/1/FB-TRANSDRIFT-XV
  41. Kosobokova R.N., Hanssen H., Hirche H.-J. et al. Composition and distribution of zooplankton in the Laptev Sea and adjacent Nansen Basin during summer, 1993 // Pol. Biol. 1998. V. 19. P. 63–76.
  42. Kosobokova K.N., Hirche H.-J. Reproduction of Calanus glacialis in the Laptev Sea, Arctic Ocean // Pol. Biol. 2001. V. 24. P. 33–43.
  43. Kosobokova K.N., Hirche H.-J. Biomass of zooplankton in the eastern Arctic Ocean – A baseline study // Prog. Oceanogr. 2009. V. 82. P. 265–280.
  44. Kwasniewski S., Hop H., Falk-Petersen S. et al. Distribution of Calanus species in Kongsfjorden, a glacial fjord in Svalbard // J. Plank. Res. 2003. V. 25. P. 1–20. doi: 10.1093/plankt/25.1.1.
  45. Kwok R., Markus T., Kurtz N.T. et al. Surface height and sea ice freeboard of the Arctic Ocean from ICESat-2: Characteristics and early results // J. Geophys. Res. Oceans. 2019. V. 124. P. 6942–6959.
  46. Leu E., Søreide J.E., Hessen D.O. et al. Consequences of changing sea-ice cover for primary and secondary producers in the European Arctic shelf seas: timing, quantity, and quality // Prog. Oceanogr. 2011. V. 90. P. 18–32. doi: 10.1016/j.pocean.2011.02.004.
  47. Levinsen H., Turner J.T., Nielsen T.G. et al. On the trophic coupling between protists and copepods in arctic marine ecosystems // Mar. Ecol. Prog. Ser. 2000. V. 204. P. 65–77. doi: 10.3354/meps204065.
  48. Lischka S., Knickmeier K., Hagen W. Mesozooplankton assemblages in the shallow Arctic Laptev Sea // Pol. Biol. 2001. V. 24. P. 186–199.
  49. Mackas D.L., Bohrer R.N. Fluorescence analysis of zooplankton gut contents and investigation of diel feeding patterns // J. Exp. Mar. Biol. Ecol. 1976. V. 25. P. 77–85.
  50. Matsuno K., Yamaguchi A., Hirawake T. et al. Year-to-year changes of the mesozooplankton community in the Chukchi Sea during summers of 1991, 1992 and 2007, 2008 // Pol. Biol. 2011. V. 34. P. 1349–1360.
  51. Mauchline J. The Biology of Calanoid Copepods; Academic Press: San Diego, CA, USA, 1998.
  52. Pasternak A., Drits A., Arashkevich E. et al. Differential impact of the Khatanga and Lena (Laptev Sea) runoff on the distribution and grazing of zooplankton // Front. Mar. Sci. 2022. V. 9. 881383. doi: 10.3389/fmars.2022.881383.
  53. Pasternak A., Drits A., Arashkevich E. et al. Zooplankton of the Kara Sea in early spring: abundance, demography, feeding and reproduction of dominant copepods Calanus spp. and Metridia longa in relation to ice retreat // Cont. Shelf Res. (in press).
  54. Pavlov V.K., Timokhov L.A., Baskakov G.A. et al. Hydrometeorological regime of the Kara, Laptev, and East-Siberian seas / Technical Memorandum, APL-UW TM 1-96. St, Seattle, WA: Applied Physics Laboratory, University of Washington, 1996.
  55. Peters J., Tuschling K., Brandt A. Zooplankton in the Arctic Laptev Sea – Feeding ecology as indicated by fatty acid composition // J. Plank. Res. 2004. V. 26. P. 227–234. doi: 10.1093/plankt/fbh017.
  56. Pnyushkov A.V., Polyakov I.V., Padman L. et al. Structure and dynamics of mesoscale eddies over the Laptev Sea continental slope in the Arctic Ocean // Ocean Sci. 2018. V. 14. P. 1329–1347. https://doi.org/10.5194/os-14-1329-2018
  57. Polyakov I.V., Pnyushkov A.V., Alkire M.B. et al. Greater role for Atlantic inflows on sea-ice loss in the Eurasian Basin of the Arctic Ocean // Science. 2017. V. 356. P. 285–291. doi: 10.1126/science.aai8204.
  58. Rudels B. Arctic Ocean circulation, processes and water masses: A description of observations and ideas with focus on the period prior to the International Polar Year 2007–2009 // Prog. Oceanogr. 2015. V. 132. P. 22–67. https://doi.org/10.1016/j.pocean.2013.11.006
  59. Smith S.L. Copepods in Fram Strait in summer: distribution, feeding and metabolism // J. mar. Res. 1988. V. 46. P. 145–181.
  60. Sorokin Yu.I., Sorokin P.Yu. Plankton and primary production in the Lena river estuary and in the south- eastern Laptev Sea // Estuarine, Coastal and Shelf Science. 1996. V. 43. P. 399–418.
  61. Søreide J.E., Falk-Petersen S., Hegseth E.N. et al. Seasonal feeding strategies of Calanus in the high-Arctic Svalbard region // Deep-Sea Res. II. 2008. V. 55. P. 2225–2244. doi: 10.1016/j.dsr2.2008.05.024.
  62. Springer A.M., McRoy C.P., Flint M.V. The Bering Sea Green Belt: shelf-edge processes and ecosystem production // Fish. Oceanogr. 1996. V. 5. P. 205–223.
  63. Stroeve J.C., Kattsov V., Barrett A.P. et al. Trends in Arctic sea ice extent from CMIP5, CMIP3 and observations // Geophys. Res. Lett. 2012. V. 39: L16502. doi: 10.1029/2012GL052676.
  64. Tande K.S., Grønvik S. Ecological investigations on the zooplankton community of Balsfjorden, northern Norway: sex ratio and gonad maturation cycle in the copepod Metridia longa (Lubbock) // J. Exp. Mar. Biol. Ecol. 1983. V. 71. P. 43–54. https://doi.org/ 10.1016/0022- 0981(83) 90103-X
  65. Timofeev S.P. The Laptev Sea zooplankton: a Review (1996) // Ber. Polarforsch. 1998. V. 287. P. 80–99.
  66. Tremblay T.E., Raimbault P., Garcia N. et al. Impact of river discharge, upwelling and vertical mixing on the nutrient loading and productivity of the Canadian Beaufort shelf // Biogeoscience. 2014. V. 11. P. 4853–4868.
  67. van der Jagt H., Wiedmann I., Hildebrandt N. et al. Aggregate feeding by the copepods Calanus and Pseudocalanus controls carbon flux attenuation in the Arctic shelf sea during the productive period // Front. Mar. Sci. 2020. V. 7. doi: 10.3389/fmars.2020.543124.
  68. Varpe Ø. Fitness and phenology: annual routines and zooplankton adaptations to seasonal cycles // J. Plankt. Res. 2012. V. 34. P. 267–276. https:// doi. org/ 10. 1093/ plankt/ fbr108
  69. Wassmann P., Carmack E., Kosobokova K.N. et al. The contiguous domains of Arctic Ocean advection: trails of life and death // Prog. Oceanogr. 2015. V. 139. P. 42–65. doi: 10.1016/j.pocean.2015.06.011.
  70. Williams W.J., Carmack E.C. The ‘interior’ shelves of the Arctic Ocean: Physical oceanographic setting, climatology and effects of sea-ice retreat on cross-shelf exchange // Progr. Oceanogr. 2015. V. 139. P. 24–31. doi: 10.1016/j.pocean.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

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».