Существует ли связь между болотами, одноклеточными организмами и изменением климата? Оказывается, такая связь есть. Изучая остатки организмов, сохранившиеся в торфе, можно “реконструировать” развитие ландшафтов и погоды в региональном масштабе. Такие замысловатые задачи (их иногда приходится разгадывать, как сложные ребусы) решают сотрудники кафедры зоологии и экологии Пензенского государственного университета под руководством профессора Юрия МАЗЕЯ. Работы коллектива, получившие высокую оценку экспертов, связаны с исследованием особенностей верховых болот и их обитателей. Чем же они заинтересовали ученых?
— Верховые болота, по определению академика Георгия Заварзина, это “представители” автономных амфибиальных (ни суша, ни вода) ландшафтов, — рассказывает Юрий Александрович. — Их питание ограничено тем, что поступает сюда из воздуха с осадками и пылью. От минерального грунта они отделены слоем торфа. Верховые болота с доминированием сфагновых мхов — чрезвычайно своеобразные экосистемы. Сфагны служат мощным средообразующим фактором. Как следствие, вода в таких средах с низкой минерализацией и высокой кислотностью, а растительность крайне бедна видами.
Современные болота на территории Евразии стали образовываться после оледенения. Моховые, как правило, находятся на водоразделах, сложенных песчаными горными породами. В этих условиях легкие материнские породы вымывались грунтовыми водами, это способствовало проседанию грунтов и образованию надпойменных озер (водоемов, располагающихся в ландшафте выше речных долин). А в зонах тектонических процессов формировались глубокие провальные карстовые воронки, которые также заполнялись водой. Моховые болота образовались вследствие зарастания таких озер.
Процесс заболачивания может происходить “снизу вверх” и “сверху вниз”. Для первого типа характерно накопление торфяных отложений на дне неглубокого понижения и их последующий вертикальный прирост (зарастание от берегов к центру). Второй тип происходит при формировании в центре глубокого озера моховой сплавины (“подушки” растительного происхождения, образующейся на поверхности болота из остатков растений, корней деревьев и опавших листьев), которая затем распространяется к берегам.
— Вы, как я знаю, выбрали для изучения верховые болота на границе леса и степи. Почему?
— Известно, что степень воздействия климатических изменений на структуру и функционирование наземных экосистем максимальна в местах прохождения границ биоклиматических зон. Именно поэтому мы и решили провести исследование на примере лесостепи. Кроме того, роль климата в регуляции состава и функционирования наземных экосистем сильно изменяется в зависимости от вида экосистемы. Наиболее чувствительны верховые болота. Они изолированы от грунтовых вод торфяными горизонтами и полностью зависят от поступления влаги с осадками. К тому же благодаря низкой скорости разложения органического вещества в торфяных отложениях хорошо сохраняются остатки “индикаторных организмов” (ткани растений, раковинки амеб, створки диатомовых водорослей), которые можно использовать для реконструкции климата и динамики экосистем.
Одна из групп организмов, которая помогает находить ценную информацию о динамике климата и экосистем с высоким пространственным и временным разрешением, — раковинные амебы. Это представители простейших с внешним скелетным образованием — раковинкой. Они обязательно присутствуют в пресноводных, почвенных, болотных экосистемах и отличаются высоким видовым богатством. Из-за малых размеров, низкой подвижности, высокой скорости размножения раковинные амебы быстро реагируют на локальные изменения условий их обитания. Благодаря сочетанию всех этих признаков палеореконструкции, основанные на результатах ризоподного анализа, могут серьезно дополнить картину динамики климата и экосистем в голоцене (это современный этап четвертичного периода, начался 11,7 тысячи лет назад и продолжается до сих пор). Тем не менее новые возможности реализованы не полностью, особенно в России.
— Что такое ризоподный анализ, о котором вы упомянули?
— Это интенсивно развивающийся метод, основанный на изучении видового состава и структуры сообществ раковинных амеб. За рубежом и у нас были получены данные по современной экологии этих организмов и на их основе построены так называемые калибровочные ряды, определяющие связь между структурой сообществ раковинных амеб и параметрами среды обитания (в частности, уровнем увлажненности и кислотности). Это необходимо для количественной реконструкции климата и состояния экосистем верховых болот в прошлом.
Экологические предпочтения организмов меняются в зависимости от локальных условий, поэтому калибровочные ряды, построенные для одного региона, не могут надежно использоваться на территориях с другими климатическими условиями. В России, несмотря на активное изучение экологии раковинных амеб в лесостепи и лесной зоне, региональные калибровочные ряды, необходимые для количественной реконструкции, все еще отсутствуют, а за рубежом их около двадцати. Мы планируем расширить границы применения ризоподного анализа на европейскую часть нашей страны и использовать полученные данные для палеореконструкции.
— Что для вас самое главное сейчас?
— В рамках проекта, поддержанного грантом Президента РФ, будем отбирать образцы сфагнума в верховых болотах лесостепной зоны и южной части таежной зоны Восточно-Европейской равнины, измерять основные климатически зависимые характеристики среды (уровень залегания и температура болотных вод, кислотность, видовой состав растительности), проводить анализ видового состава и структуры сообществ раковинных амеб. На основании всех данных смоделируем взаимосвязь между характеристиками биотопов и параметрами сообществ раковинных амеб (видовой состав, структура, разнообразие). Кроме того, планируем отобрать торфяные колонки из верховых болот, чтобы определить видовой состав и структуру сообществ раковинных амеб в образцах из этих колонок. После этого реконструируем климатические изменения и представим динамику болотных экосистем в голоцене — на основании результатов ризоподного анализа колонок. Также сопоставим эти результаты с полученными при использовании других групп индикаторных организмов (пыльцы и макроостатков растений), это необходимо для комплексной реконструкции ландшафтов и климата региона.
— Кто, кроме вас, выполняет эту работу?
— На кафедре зоологии и экологии Пензенского государственного университета сложился небольшой коллектив исследователей, который занимается решением разных задач в области экологии одноклеточных организмов (протистов). Андрей Цыганов, успешно защитивший диссертацию на тему “Влияние климата на сообщества раковинных амеб в арктических и субарктических наземных экосистемах” в университете города Антверпен (Бельгия) и получивший степень PhD, сейчас работает доцентом на кафедре и занимается вопросами применения ризоподного анализа. Виктор Чернышов, защитивший диссертацию на тему “Эколого-географические закономерности организации сообществ почвообитающих раковинных амеб Западной Сибири”, разрабатывает вопросы биогеографии раковинных амеб. Елена Малышева, выполнившая работу “Структура сообществ раковинных амеб в контактных зонах разнотипных биотопов”, продолжает выявлять особенности организации граничных структур. Традиционно в работе нашей группы участвуют аспиранты и студенты университета. Некоторые члены нашей команды уже давно ушли в “самостоятельное плавание”. Например, Денис Тихоненков, старший научный сотрудник Института биологии внутренних вод РАН, успешно решает вопросы экологии и филогении жгутиконосцев, работая совместно с главным научным сотрудником этого же института Александром Мыльниковым, но не прерывает связи с нашей пензенской группой. Многие мои ученики, защитившие диссертации, сегодня занимаются практическими вопросами, работают в аналитических и экспертных лабораториях, а также преподают в других университетах.
— Как я понимаю, у вас налажены научные контакты со многими российскими и зарубежными коллегами.
— Выполнение проекта не было бы возможно без теснейшего взаимодействия с ними, в частности с Еленой Новенко — старшим научным сотрудником Института географии РАН. Елена занимается вопросами эволюционной географии и палинологии (науки о пыльце растений). Именно она предложила нам расширить работы по экологии современных сообществ раковинных амеб и заняться палеоэкологическими проблемами.
Говоря о сотрудничестве, не могу не упомянуть свои научные корни — кафедру гидробиологии МГУ. Вместе со своим учителем профессором Игорем Васильевичем Бурковским мы занимались анализом многолетней (несколько десятков лет) динамики сообществ морских псаммофильных (живущих в песках) инфузорий. Очень интересно узнавать, как изменяется сообщество на одном локальном участке литорали Белого моря за время, эквивалентное смене тысяч поколений инфузорий. Со своим старшим коллегой профессором Андреем Азовским мы проанализировали распределение донных инфузорий Мирового океана в масштабе планеты, изучив всю известную литературу и многие неопубликованные данные — как собственные, так и предоставленные зарубежными коллегами. В недавно напечатанной статье в журнале Global Ecology and Biogeography мы отметили, что многие макроэкологические закономерности в распределении одноклеточных отличаются от характеристик макроорганизмов.
Мне посчастливилось принимать участие в рейсах на Баренцево и Карское моря, где вместе с такими выдающимися биоокеанологами, как Флинт, Кучерук, Галкин, Мокиевский, Сажин, Максимова, удалось собрать уникальную информацию по распределению инфузорий в ранее не исследованных акваториях.
Результатом совместной работы с профессором кафедры географии почв МГУ Анатолием Бобровым стало описание новых видов раковинных амеб и биогеографический анализ населения корненожек на Дальнем Востоке (в Китае, Японии, Вьетнаме). Изучение зоопланктона совместно с гидробиологами Людмилой Кутиковой, Тамарой Стойко и Ириной Телеш привело к написанию определителя коловраток пресных вод европейской России.
Еще одно направление работы связано с исследованием структуры сообществ почвообитающих раковинных амеб и моллюсков. Одна из интереснейших тем, в разработке которой мы принимаем участие, посвящена изучению организации уникальных таежных биогеоценозов Печеро-Илычского биосферного заповедника. Эта работа проводится совместно с геоботаниками Ольгой Смирновой, Алексеем Алейниковым и почвенными зоологами Алексеем Тиуновым, Наталией Кузнецовой, Тамарой Стойко.
Благодаря активному сотрудничеству с коллегами из других стран (Китай, Япония, Швейцария, Великобритания, Польша, Индия) мы провели ряд других исследований в области систематики и экологии инфузорий и раковинных амеб. Я убежден, что в современном глобализованном мире интернациональные команды, включающие людей с разными культурными традициями и подходами, но объединенных единой целью познания и личным дружеским отношением, помогают достигать важных научных результатов и двигаться по пути сближения стран и народов.
Беседовал Василий ЯНЧИЛИН
Нет комментариев