Цивилизация
Российские ученые изучили температуру, соленость, прозрачность воды видовой состав водорослей, концентрацию питательных веществ и другие параметры прибрежной морской экосистемы и оценили, как они влияют на интенсивность цветения водорослей. В результате исследователи впервые статистически доказали, что для возникновения «красного прилива» очень важна стабильность окружающей среды, а не только критически высокие концентрации веществ в воде. Такие знания необходимы для прогнозирования наступления и продолжительности опасных цветений, ведь они ухудшают качество воды, отчего заболевают и гибнут животные и растения, а их остатки загрязняют пляжи и вредят хозяйствам по выращиванию рыб и других водных обитателей. Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ) и опубликована в журнале Estuarine, Coastal and Shelf Science.
«Полученные результаты подтвердили нашу гипотезу, так как самые сильные цветения и максимальное обилие динофлагеллят наблюдались в периоды, следующие за наибольшей стабильностью температуры воды и максимальным постоянством содержания азотистых соединений. При низкой абиотической стабильности цветения динофлагеллят были выражены слабее», — рассказывает Ирина Телеш, участник проекта, доктор биологических наук, главный научный сотрудник Зоологического института РАН.
За все время проведения биологических исследований человечество накопило достаточно много знаний о закономерностях жизни растений, животных, микроорганизмов и даже вирусов в водных экосистемах. Уже известно, что массовые вспышки размножения микроскопических планктонных водорослей в пресноводных и морских водоемах происходят из-за накопления в системе избыточного количества питательных веществ на фоне глобальных изменений климата. Последние вызывают нарушения процессов первичного синтеза и разложения органических веществ в воде. В результате этих вредоносных цветений в водоем попадает множество токсичных продуктов жизнедеятельности водорослей, которые ухудшают качество воды. К примеру, формируются бескислородные зоны, где заболевают и гибнут животные и растения. Их остатки загрязняют пляжи и вредят хозяйствам по выращиванию рыб, моллюсков, ракообразных и прочих водных обитателей.
Однако сообщества водных организмов и экосистемы очень разнообразны. Поэтому у исследователей до сих пор нет полного понимания того, какие сочетания гидрофизических, гидрохимических и биологических характеристик провоцируют вредоносные цветения различных видов водорослей в водоемах разного типа. Чаще всего они происходят в прибрежных акваториях в условиях теплой погоды, высокой освещенности и слабого перемешивания водных масс из-за отсутствия ветра. Между тем такие знания необходимы для прогнозирования наступления и продолжительности опасных цветений.
Ученые Института цитологии РАН и Зоологического института РАН (Санкт-Петербург) совместно с коллегой из Университета города Росток (Германия) предположили, что физико-химическая стабильность водной среды может стимулировать вредоносные цветения водорослей. Для проверки этой гипотезы авторы использовали базу гидробиологических данных, собранных для прибрежных вод южной части Балтийского моря с 1988 по 2016 год. Ученые исследовали видовой состав водорослей, их численность и биомассу, а также температуру, соленость, кислотность (pH) и прозрачность воды, содержание хлорофилла и соединений азота, фосфора и кремния. Авторы проанализировали многолетнюю динамику этих показателей, уделив особое внимание одноклеточным жгутиконосцам — динофлагеллятам, которые способны вызывать обширные вредоносные цветения, которые также называют «красными приливами».
«В результате этой работы за 30 лет наблюдений выявлено 15 «красных приливов» динофлагеллят, в которых доминировали распространенные потенциально токсичные жгутиконосцы Prorocentrum cordatum. Стабильность температуры, солености и прозрачности воды, а также концентрации хлорофилла и питательных веществ из соединений азота и фосфора была рассчитана с использованием разработанного нами оригинального метода оценки смещенных данных. Этот метод позволил оценить мощность «красных приливов» в зависимости от того, насколько сильно колебались значения абиотических, то есть физико-химических, параметров в воде в период до начала цветения. Расчеты показали, что стабильность основных характеристик в прибрежных экосистемах вовсе не редкость, она может наблюдаться в течение 1-5 недель», — рассказывает Сергей Скарлато, доктор биологических наук, руководитель проекта РНФ, главный научный сотрудник, руководитель лаборатории цитологии одноклеточных организмов Института цитологии РАН.
Пока не ясно, как именно возникает эта зависимость в природе. Можно предположить, что при стабильных условиях среды взаимодействия между организмами способны инициировать хаотическую динамику фитопланктона, тем самым стимулируя массовое размножение водорослей и усиливая их вредоносные цветения. То есть при стабильных внешних условиях система становится более чувствительной к любым внутренним колебаниям ее компонентов, в том числе хаотическим. Однако такое воздействие на силу и частоту «красных приливов» еще требует тщательных исследований. Этот эффект может быть достоверно доказан только в результате длительного эксперимента в сочетании с анализом многолетних полевых данных, молекулярно-экологическим изучением водорослей и математическим моделированием вредоносных цветений.
