Микрофиты - колонизаторы морского пластика в Антарктике
Биотоп - это место, в котором обитают живые существа, формирующие сообщество. Например, мокрые скалы, орошаемые прибоем на берегу Моря - это биотоп. Это место обладает набором характеристик: степенью и периодичностью обводнения, суточным перепадом температуры и освещённости, характером самих скал, включая их иссечённость (разномасштабную неоднородность поверхности) и минеральный состав, а также наличием каких-либо сидячих форм жизни, колониальные поселения которых формируют не только приповерхностный ландшафт на этих скалах, но и основные потоки превращения вещества в этой среде обитания. Если какая-то микроводоросль, инфузория или жгутиконосец обитает в сообществе на поверхности этих скал, на неё - и на круг её способностей осуществлять жизненные функции - оказывают разностепенное влияние все эти характеристики среды обитания. Фокус в том, что наборы характеристик, сопутствующие биотопам, способны - при завидной очевидности - повторяться во многих местах. А сами биотопы, в приемлемом спектре различий, именуемом плавными и назначительными градиентами характеристик, могут занимать пространства, весьма солидные по масштабам. Например, те же береговые скалы, разбросанные по краям бухт, могут занимать сравнительно небольшое место - в масштабах бухты. А вот отвесные береговые скалы, формирующие клиф, уходящий прямо в воду и тянущийся на десятки километров по линии берега - это уже вполне гигантский биотоп. Длительное существование биотопов способно оказывать влияние на адаптации организмов, их населяющих - например, в направлении специализации. Например, цианобактерии, растущие коркой на тех же береговых скалах на протяжении многих сотен тысяч лет, оказываются способны колонизировать далеко не всякий иной субстрат. И на этом фоне особенно интересным оказывается плавучий пластик, шляющийся по поверхности Моря по воле своенравных волн. И эта история связана с нашим рассказом почти напрямую, хотя речь пойдёт и не о цианобактериях.
Отметим, что приповерхностный, наиболее активно перемешиваемый слой водной толщи Моря - это тоже, по сути, биотоп, пускай и с градиентными переходами в биотопы, залегающие глубже. Фотическая зона Моря - тоже биотоп, включающий и подповерхностные 5-12-25 метров, подверженные влиянию штормовых турбуленций. Дно в фотической зоне - целый спектр биотопов, и довольно широкий: здесь биотопы сменяют друг друга с разной степенью резкости переходов. И дно ниже фотической зоны - тоже спектр биотопов, хотя, зачастую, и с более плавными переходами от одних условий к другим, исключая разве что сгущение темноты и рост давления водяного столба (+ примерно 1 атмосфера на каждые 10 метров глубины). В толще воды успешно адаптированы к жизни одни существа, на дне - другие, на самой поверхности Моря - третьи. Конечно, есть жизненные стадии донных существ, обитающие в толще воды и разносимые течениями - например, пелагические личинки множества видов бентоса. Но в составе планктона, населяющего пелагиаль, у них свои функции, давно ставшие традиционными. У макрофитных водорослей и крупных форм колониальных диатомей, ветвящихся, словно деревья, есть мобильные элементы жизненного цикла, также разносимые течениями на большие расстояния. И эти элементы уже по природе своей организованы так, чтобы иметь возможности удерживаться в толще воды, а также подзаряжать свои источники энергии: от света и растворённой в воде органики. Поэтому, чем глубже мы проникам в толщу воды, тем меньше в ней оказывается таких мобильных элементов от фотосинтезирующих макроорганизмов и диатомовых макроколоний.
К чему такая длинная прелюдия? К тому, откуда в открытом Море берутся микрофиты, способные колонизировать пластик. Если взять в общих чертах, то эти мироорганизмы, по комплексу своих адаптаций, являются донными: они живут в донных биотопах. На поверхности частиц донного осадка, на раковинах моллюсков и панцирях ракообразных, на домиках червей и на макроводорослях. Но все эти компоненты донных биотопов колонизируются ими вблизи поверхности дна. А для большинства видов таких микрофитов - и вовсе в области фотической зоны, где на дно хотя бы изредка проникает свет.
Наши исследования последних лет, проводимые в Каспийском море и в Антарктике, принесли интересные результаты. В особенности для Антарктики. Результаты были получены в ходе 2-го и 3-го этапов Антарктической экспедиции ИО РАН на НИС "Академик Мстислав Келдыш".
Наблюдения за составом и пространственной организацией фитопланктона позволили выявить существование микроагрегатов - сложно и неспонтанно организованных сообществ микроорганизмов, парящих в толще воды. И субстратной основой для формирования таких агрегатов служат опаловые щетинки планктонных диатомей - хеты. Например, хеты крупноклеточных диатомейиз из родов Corethron, Chaetoceros и Thalassiothrix - у последнего вся клетка организована как длинная изогнутая щетинка. На пучках и батареях щетинок, а также на сбитых волнами в небольшие группы клетках таласзиотриксов активно растут колонии гетеротрофных бактерий и мелких цианобактерий. И те, и другие формируют прозрачные полисахаридные матриксы, в пространствах коих буйно размножаются их клетки. Обладатель доступный поверхностей - например, клетка коретрона или колония хетоцероса - меж тем плывёт, спонтанно переносимый течением. И колонии бактерий постоянно получают приток новых биогенов для роста. Кроме бактерий, в составе таких агрегатов находят себе пристанище мелкие гетеротрофные жгутиконосцы, и тоже развиваются там в массе. А за ними приходят и мелкие диатомеи: в одних областях, ближе к зонам концентрации айсбергов - из числа ледовой флоры, а ближе к островам - из числа флоры бентосной, имеющей донное происхождение. И для тех, и для других такие микроагрегаты - это, по сути, теплицы или оранжереи. Разрастаясь на бактериальном матриксе, они находятся в условиях более стабильных температур, ибо матрикс относительно более теплоёмкий, чем окружающая вода, их освещают проходящие сквозь воду солнечные лучи, и к ним постоянно поступают новые биогены - ибо агрегат переносится течением. Агрегаты сбиваются в небольшие, а местами и крупные скопления, ибо несущие их клетки диатомей легче сцепляются обросшими хетами или игловидными панцирями, покрытыми хлопьями агрегатов. И микрофиты путешествуют с одного "облака" на другое. Легко догадаться, что такие агрегаты парят в толще воды давно и постоянно, поскольку фитопланктон в морях Антарктики хоть и теряет числом в зимние месяцы, но не исчезает совсем. А в периоды весны и лета агрегатов становится просто ощутимо больше - особенно к осени.
Наши результаты показали, что далеко не все виды донных микрофитов способны жить и успешно размножаться в составе агрегатов. Но, в основном, это формы, адаптированные к обитанию на поверхностях: песчинок, растительных остатков и макрофитов. Вместе с ними, поднятые со дна штормами, они и попадают в толщу воды. А дальше попадают на агрегаты. И продолжают путь по открытым районам Моря уже вместе с ними. И с агрегатов же затем переходят на пластик.
А на фото, экспонируемых сегодня, один из видов донных диатомей, хорошо адаптированный к обитанию на твёрдых поверхностях. Например, на песчинках или останках макрофитов, лежащих на дне. Мелкие клетки этой диатомеи были отмечены нами в составе агрегатов, путешествовавших в подповерхностном слое предосеннего Моря Уэдделла, на хетах крупных диатомей Corethron pennatum. Собственно, остатки прозрачных опаловых панцирей этих планктонных коретронов вы и видите на снимках. Пробы фитопланктона со множеством поликомпонентных агрегатов были живьём доставлены в Москву, и, спустя более месяца, в их составе остались живьём лишь некоторые виды мелких бентических диатомей. Крайне широко приспособленные виды. А один из них успешно размножился, колонизировав доступные хеты и другие элементы панцирей коретронов, а ткже щетинки на панцирях отмерших ракообразных. Клетки этого вида начинают успешную колонизацию образцов пластика, помещённых в пробу. Но это начало уже иной, более масштабной истории.