Соленые озера в степях юга Западной Сибири сильно различаются как по общему содержанию солей, так и по содержанию отдельных компонентов рассолов - хлоридов, сульфатов, соды и других.
Многие из этих водоемов важны для местной экономики: люди добывают в них соли, ловят рыбу, собирают яйца рачков артемий, из которых делают корм для аквариумных рыб и рыбоводческих хозяйств. Исследователи ФИЦ Биотехнологии РАН изучили связь между циклами солнечной активности, содержанием солей в сибирских степных озерах и микроорганизмами, которые там живут. Результаты исследования опубликованы в журнале Heliyon.
Ещё в середине XX в. советский географ Арсений Шнитников доказал, что на территории Западной Сибири и северного Казахстана происходят постоянные колебания климата длительностью от 20 до 47 лет. Эти колебания проявляются в чередовании влажных и засушливых периодов. Позднее в южной части Западной Сибири, на территории Новосибирской области и Алтайского края, другой советский учёный, эколог Анатолий Максимов, изучил и охарактеризовал ещё более краткосрочные климатические колебания, связанные с 11-летними циклами солнечной активности (или циклами Швабе-Вольфа), длительность которых на самом деле может составлять от 9 до 14 лет. Максимов сформулировал концепцию природной цикличности, которая рассматривала и объясняла взаимосвязь между космическими факторами и многолетней обратимой изменчивостью природных процессов.
Озёра Западной Сибири чутко реагируют на изменения климата. В них происходят значительные колебания не только уровня воды, но и концентрации растворенных солей, что в свою очередь сильно влияет на обитающие в них сообщества живых организмов, включая микроорганизмы. Микроорганизмы являются основой пищевых цепочек таких озёр, от них напрямую зависит стабильность озерных экосистем. Исследователи ФИЦ Биотехнологии РАН вместе с коллегами из Института океанологии им. Ширшова РАН изучили, какие изменения происходили с алтайским степным содовым озером и обитающим там сообществом микроорганизмов на протяжении 12 лет в ходе климатического цикла, обусловленного солнечной активностью.
«В Кулундинскую степь в Алтайском крае я впервые попала в 2007 году в составе небольшой экспедиции Института микробиологии им. С.Н. Виноградского. Жара, лесостепь, разноцветные озёра-блюдца, соль и сода… Всё, как и должно быть. И вдруг местные жители рассказывают нам, что примерно раз в 12 лет у них откуда ни возьмись появляется какая-то река, затапливает всё вокруг, озёра выходят из берегов. Тогда мне было сложно в это поверить. Но проработав в этой местности достаточно долго, мы обратили внимание, что площадь и содержание солей в озёрах из года в год, действительно, очень сильно меняются. Мы проанализировали пробы, которые собирали ежегодно летом с 2011 по 2022 год в содовом озере Танатар VI. В этой местности расположено несколько озёр, все они называются Танатарами и поэтому имеют нумерацию с первого по шестой. Мы выбрали такое озеро, которое никогда не использовал человек для добычи соды, не влиял на его облик. Нас интересовал вопрос, как сильные изменения солёности озера действуют на населяющие его микроорганизмы, и с чем они могут быть связаны», — рассказывает первый автор работы Ольга Самылина, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории реликтовых микробных сообществ ФИЦ Биотехнологии РАН.
Фото: ФИЦ Биотехнологии РАН
За 12 лет площадь озера Танатар VI изменялась примерно втрое, а соленость – на порядок, то есть, десятикратно. При этом оказалось, что размеры озера изменялись вместе с циклами активности Солнца, которые определяют по количеству пятен на его поверхности. Причем изменения площади озера и солнечной активности происходили синхронно, без какой-либо ощутимой задержки во времени. Авторы работы посмотрели, есть ли какая-то связь между количеством годовых осадков и изменением площади озера, но не нашли её. Ученые заключили, что солнечная активность воздействует на водоем через изменение уровня грунтовых вод, которыми питается система озер Танатар. Эту гипотезу подтверждают и исследования А. Максимова в Барабинской низменности к северу от Кулундинской степи.
Объектами прицельного изучения биологи выбрали фототрофные микроорганизмы, которые для получения энергии используют солнечный свет, и определили «участников» микробных сообществ по фотографиям, сделанным с помощью микроскопа. Различали их визуально по морфологии — строению и другим внешним характеристикам, например, размеру и форме клеток. В общей сложности учитывали 39 различных микроорганизмов, которые оказались самыми многочисленными и узнаваемыми. Среди них было 33 разновидности цианобактерий (которых также называют синезелеными водорослями), два ключевых вида зелёных водорослей и четыре представителя аноксигенных фототрофных бактерий. Это название означает, что такие бактерии питаются при помощи света, как и растения, но в отличие от них не производят кислород. Исследователи также нашли предельные значения солености для выживания всех описанных микроорганизмов. Самыми непритязательными оказались зеленые водоросли Picocystis salinarum, способные расти при содержании соли от 60 до 250 граммов на литр.
Ученые установили, что в ходе климатических циклов, обусловленных солнечной активностью, значительно меняется содержание солей воде, что в свою очередь, влияет на разнообразие микробных сообществ и состав микроорганизмов населяющих, эти озёра. А микробное разнообразие уже напрямую связано с экологической ролью таких сообществ, то есть с поступлением определенных продуктов микробной деятельности (например, органического вещества, азотистых соединений и др.) в экосистему. Важно, что обнаруженные колебания естественны, растянуты во времени и в норме не становятся катастрофой для населяющих озеро микроорганизмов. То есть экосистема озера пребывает в состоянии динамической стабильности – постоянном чередовании различных структурных и функциональных устойчивых состояний, закономерно повторяющихся во времени.
«Мы знаем, что микробные сообщества отражают экологические и климатические изменения. Однако до сих пор у нас нет четкого понимания, где граница между приемлемыми и катастрофическими условиями для многих важных в экосистеме групп микроорганизмов. Кроме того, неясно, какие изменения в озерах соответствуют их нормальному состоянию, которое обратимо изменяется в течение солнечного цикла, а где наступает точка невозврата. Микроорганизмы могут стать индикаторами состояния таких озер для экологов. Так что наше исследование важно как для фундаментального понимания природных механизмов, так и для мониторинга окружающей среды», — отмечает Ольга Самылина.
До сих пор в науке нет единой теории, которая объясняет и подробно описывает взаимосвязь между солнечной активностью, соленостью водоемов и микроорганизмами в них. Предыдущие исследования показывают, что солнечные циклы вызывают гидрологические изменения через влияние на атмосферу и магнитосферу Земли. Но исследователи считают, что все может быть устроено гораздо сложнее, поэтому этот вопрос требует более детального изучения.
