Особенно резко уменьшилось число клеток цианобактерии Aphanocapsa delicatissima, которая теперь считается индикатором состояния экосистемы. Исследователи установили, что температура и кислотность воды напрямую влияют на активность «цветения» рек, а их совместное действие может усиливать этот процесс — важное знание для прогнозов и охраны водных ресурсов. Работы проводились на базе лаборатории комплексных экологических исследований ПсковГУ.
Тарас Антал, доктор биологических наук, руководитель НИЦ химико-биологических и медицинских исследований, рассказал о многолетнем исследовании фитопланктона в дельте реки Великой и влиянии климатических факторов на водные экосистемы в рамках Всероссийского фестиваля «#Вместе с российской наукой». Фестиваль реализуется ПсковГУ при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.
Фитопланктон — это фотосинтезирующие микроорганизмы (микроводоросли и цианобактерии), которые обычно обитают в толще воды и составляют основу питания для всех водных обитателей. Эти крошечные организмы растут за счет использования световой энергии, которая используется для синтеза углеводов из атмосферного углерода (двуокиси углерода, CO₂) и воды; при этом происходит выделение кислорода в окружающую среду. Фитопланктон характеризуется высокой чувствительностью к внешним условиям, в том числе качеству воды, и его состояние является индикатором экологического состояния водоема.
Исследование проводилось с 2016 по 2021 год в дельте реки Великой — главной реки Псковской области. Эта река питает Псковско-Чудское озеро, поэтому изучение ее экосистемы важно для понимания состояния всего региона. Дельта состоит из заболоченных островов и протоков и служит естественным фильтром, очищающим воду перед попаданием в озеро.
Ученые работали на пяти постоянных точках, регулярно отбирая пробы воды для изучения и измеряя ее температуру, кислотность, минеральный состав и др. показатели. Образцы фитопланктона изучали под микроскопом, определяя видовой состав и подсчитывая количество клеток каждого вида.
В дельте р. Великой обитают три основные группы микроорганизмов: диатомовые микроводоросли желто-бурого и коричневого цветов, имеющие прочный кремниевый панцирь, зеленые микроводоросли и цианобактерии — древнейшие обитатели Земли.
Связи между температурой воды и численностью оказались разными для каждой из вышеназванных групп. Зеленые водоросли показали самую высокую зависимость от температуры с коэффициентом корреляции 0,9. Это означает, что при повышении температуры воды численность этой группы возрастает. Цианобактерии тоже предпочитают теплую воду, но их связь с температурой воды менее очевидна — коэффициент корреляции составил 0,8. Обилие диатомовых водорослей зависело от температуры в меньшей степени.
Самые драматичные изменения наблюдались в 2018 году. Тогда температура воды в р. Великой поднялась до 25,5 градусов — максимального значения за все время наблюдений. В ответ на это зеленые водоросли увеличили свою численность в 17 раз, а цианобактерии — в 22 раза по сравнению с предыдущим годом, когда доминировали диатомовые водоросли. Такие резкие колебания показывают, насколько чувствительны водные экосистемы к изменениям температуры.
Кислотность воды тоже влияет на микроводоросли, но по-другому. Численность диатомовых водорослей и цианобактерии выявила чувствительность к величине pH воды — коэффициенты корреляции составили 0,73 и 0,70, соответственно. Зеленые водоросли были менее чувствительны к этому показателю.
Интересные результаты получены по вариациям доминирующих видов фитопланктона. Когда условия становятся неблагоприятными для одних видов, их место занимают другие, более приспособленные к новым условиям. Например, в 2020 году на фоне общего снижения видового разнообразия фитопланктона диатомовая водоросль Aulacoseira granulata увеличила свою долю с 3 до 70 процентов. Такие замещения помогают экосистеме выживать в изменяющихся условиях и поддерживать высокую численность фотосинтезирующего сообщества.
Результаты исследования важны не только для науки. Фитопланктон служит индикатором качества воды — по изменениям его численности, состава, активности фотосинтеза можно обнаружить экологические проблемы в водоеме, в том числе связанные с загрязнением токсическими веществами, гербицидами, пр. Экологический мониторинг особенно актуален для Псковско-Чудского озера, которое снабжает питьевой водой многие населенные пункты региона.
Полученные данные помогают прогнозировать, что произойдет с водоемами при дальнейшем потеплении климата. Тарас Антал отмечает, что устойчивое повышение средних температур и изменение рН воды может привести к доминированию зеленых водорослей и определенных видов цианобактерий, способных к цветению, что окажет влияние на экологическую ситуацию в водоеме.
Методы псковских исследователей можно использовать для мониторинга других водоемов. Регулярные наблюдения за фитопланктоном становятся все более важными в условиях изменяющегося климата и растущего воздействия человека на природу.
Ученые из Псковского государственного университета планируют продолжить исследования, расширив географию наблюдений и включив в анализ дополнительные факторы среды. Такой долгосрочный мониторинг поможет лучше понять, как водные сообщества приспосабливаются к изменяющимся условиям, и разработать научно обоснованные рекомендации по охране водных ресурсов региона.
Ранее Наука Mail писала, что биологи выявили скрытую опасность для экологии водоемов.
