ОСОБЕННОСТИ НАУКИ
В ЗИМНИЙ ПЕРИОД
Одно из направлений работы Института биофизики СО РАН — исследования особенностей стратификации физических и биологических параметров в водных экосистемах. Работы по этой теме ведутся на соленых меромиктических озерах в республике Хакасия на базе стационара ИБФ СО РАН на озере Шира. Буквально на днях мы с коллегами вернулись с очередного подледного отбора проб на озерах, и данная заметка появилась на волне еще полевого весеннего настроения.
Е.С. Задереев, к.б.н., начальник стационара
ИБФ СО РАН на оз. Шира
Что такое меромиктическое озеро? Это озеро, в котором из-за вертикального градиента солености создается градиент плотности, благодаря которому более плотные нижние слои воды годами и даже десятилетиями не перемешиваются с верхними слоями. В этом неперемешивающемся придонном слое воды возникают аноксигенные условия. Граница между перемешиваемой оксигенной толщей и аноксигенными глубинными водами называется хемоклином.
В озерах бывает не один градиент плотности: в летнее время в озерах определенной глубины формируется второй градиент плотности — термоклин, обусловленный быстрым нагреванием поверхностных вод. Подобные скачки плотности, с одной стороны, гидродинамически изолируют разные слои воды от перемешивания, а с другой- создают разнообразные по физико-химическим условиям экологические ниши, которые занимают разные виды животных, растений и микроорганизмов.
 |
Старший научный сотрудник ИБФ СО РАН к.ф.-м.н. Д. Ю. Рогозин с оригинальным многошприцевым пробоотборником (патент ИБФ СО РАН) заполненным в хемоклине озера Шунет. Верхний шприц — над сероводородной зоной, третий шприц сверху — одна из максимальных в мире концентраций пурпурных серных бактерий.
|
Наиболее яркими являются микростратификации бактерий. Так, в хемоклинах меромиктических озер разные виды бактерий обитают в слоях толщиной всего несколько сантиметров (яркий пример такой микростратификации можно увидеть на фотографии). При этом концентрации бактерий в таких слоях могут достигать значительных величин. Например, в небольшом озере Шунет, расположенном на расстоянии 15 км от озера Шира, концентрация серных бактерий в хемоклине достигает 108 клеток на миллилитр, что сопоставимо с максимальными наблюдаемыми в природе концентрациями подобных бактерий, зафиксированными в озере Махоней (Канада).
 |
Старший научный сотрудник ИБФ СО РАН к.ф.-м.н. Д. Ю. Рогозин занимается подготовкой проруби для зимнего отбора проб. Снимок — победитель конкурса фотографий в номинации «Отбор проб», организованного в рамках 32-го международного конгресса общества теоретической и прикладной лимнологии (Монреаль, Канада, 2007).
|
Однако не только бактерии способны к микростратификации. Это явление присуще всем группам организмов в стратифицированном водоеме. Подобным же образом формируется стратификация в распределении фитопланктона. В озере Шира четко зафиксировано устойчиво повторяющееся из года в год слоистое распределение доминирующих в озере видов цианобактерий и зеленых водорослей, формирующих максимумы на специфичных глубинах.
Но самое интересное, что подобная стратификация наблюдается и у более крупных организмов — представителей зоопланктона и крупных ракообразных. Так, веслоногие ракообразные и разные виды коловраток в озере Шира обитают на разных глубинах. При этом наличие сероводородной зоны на дне озера приводит к неожиданным и парадоксальным результатам.
Одни из наиболее распространенных и космополитных видов в водных экосистемах — ракообразные амфиподы гаммарусы. Представитель этого рода Gammarus lacustris (ракообразное длиной около 1 см) живет как в стоячих, так и слабо проточных водоемах. При этом он является типичным бентосным видом, то есть видом, обитающим на дне водоема и питающимся детритом. Очевидно, что в озере, где с глубины 12 метров (а максимальная глубина озера Шира достигает 24 метров) начинается сероводородная зона, для животного обитание на дне в центральной части озера невозможно. Казалось бы, гаммарус должен обнаруживаться только около берега или на глубинах не более 12 метров. Однако это не так. С использованием специально разработанной оригинальной системы подводного видеонаблюдения мы впервые в мире зафиксировали устойчивый максимум численности гаммаруса в центральной части озера на глубине 6 метров, что в точности соответствует глубине расположения термоклина. Иными словами, гаммарус использует скачок плотности как своеобразное жидкое дно и формирует там максимум численности, сопоставимый с максимальными численностями в благоприятных для него условиях придонного обитания в прибрежной зоне.
 |
Вертикаль озера Шунет. Слева направо — пробы воды от поверхности в глубину с шагом в один метр.
|
Это всего лишь самые общие данные об особенностях вертикальной организации экосистемы озера Шира — одного из соленых озер, входящих в спектр исследований Института биофизики СО РАН. Казалось бы, такой простой объект, как озеро глубиной 24 метра (что такое 24 метра для наземной экосистемы!), а в его толще формируются существенно различные экологические ниши, предоставляющие условия для жизни различных видов — от крупных ракообразных до бактерий, обитающих в аноксигенных условиях.
Что привлекает биофизиков в подобных объектах? По сути, такие озера — это естественные полевые лаборатории, где градиенты условий настолько выражены и четко позиционированы в пространстве, что можно говорить о строго повторяемых экспериментах на природных объектах. Оригинальность экосистем и высокий уровень исследований подтверждаются и публикационной активностью — за последние пять лет по итогам работ на стационаре опубликовано около 50 статей в рецензируемых журналах.
А как же особенности науки в зимний период, спросит читатель? Хакасская степь и озера завораживают в любое время года. Зимние озера — это гладкие ледяные поля, окруженные живописными холмами. Конечно, требуются определенные навыки для того, чтобы в метровом льду сделать прорубь для использования различных пробоотборников, однако получаемые результаты стоят затраченных усилий. Уже скоро степь начнет зеленеть и покроется цветами, с озер сойдет лед. Мы вновь выйдем на воду, теперь уже на лодках. Но, несмотря на то, что изменится время года и воздух станет сухим и жарким, а пляж озера Шира (место расположения известного курорта) заполнится туристами со всей Сибири, озера будут жить своей жизнью. В этой жизни каждый метр и даже сантиметр водной толщи имеет свои специфические характеристики и занят теми видами, которые наиболее точно им соответствуют.
стр. 8
|
