Прозрачные высокогорные озера служат домом для разнообразных бактерий и архей, причем сообщество сильно различается в зависимости от возраста озера, питания, температуры и содержания различных минералов в воде. Микробиологи ФИЦ Биотехнологии РАН совместно с биоинформатиками из НИЦ «Курчатовский институт» и сотрудниками ФГБУ «Тебердинский национальный парк» выяснили на примере ледникового озера на Домбае, как глобальное потепление может повлиять на обитателей высокогорных водоемов. Результаты исследователи опубликовали в журнале Current Microbiology. Работа поддержана грантом Российского научного фонда.
Изменения климата заставляют ледники таять с большой скоростью. Даже на фотографиях туристов, сделанных с разницей в несколько лет в одном и том же месте, можно увидеть, как линия снега и льда отступает на десятки метров. Таяние ледников питает реки, берущие начало на большой высоте, и озера, расположенные выше границы леса, в зоне альпийских лугов. Короткое лето, низкая температура воды и постоянное облучение ультрафиолетом не способствуют бурному росту живых организмов в высокогорных водоемах. Кроме того, в талой воде таких озер концентрации минералов и органики очень низкие, поэтому набор питательных веществ для их обитателей сильно ограничен. В то же время качество воды в таких озерах очень высокое: она кристально чиста и свободна от промышленных загрязнений, а осадков в ней очень мало. Микробиологи из ФИЦ Биотехнологии РАН изучили микроорганизмы ледникового озера Шобайдак на Домбае, чтобы понять, как глобальное потепление действует на эту хрупкую экосистему.
«До сих пор нам мало известно о том, как изменения климата влияют на сообщества микроорганизмов в высокогорных озерах. Становится ли их меньше или больше, снижается ли их разнообразие, меняются ли их экологические взаимоотношения и метаболизм в новых условиях? Чтобы ответить на эти вопросы, мы оценили структуру, активность и взаимодействие микроорганизмов в озере Шобайдак. Это первое исследование микробных сообществ в высокогорных озерах на российской части Кавказа. Раньше озера этого региона изучали только с точки зрения гидрологии и содержания растворенных химических веществ», — рассказывает ведущий автор исследования Анна Каллистова, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник ФИЦ Биотехнологии РАН.
Озеро Шобайдак находится на высоте 2936 метров над уровнем моря в Мухинском ущелье, на территории Тебердинского национального парка. Оно имеет 230 метров в длину и 130 в ширину, а его максимальная глубина достигает 8,5 метров. В начале лета озеро Шобайдак питается талыми водами ледников, а к середине лета, когда ледники отступают, - подземными водами. В водоеме нет рыбы и других крупных животных. Чтобы добраться до него из Теберды, нужно преодолеть около 15 километров по бездорожью.
В августе 2023 года микробиологи взяли пробы воды из глубоководной и прибрежной зон озера. Они использовали аналитические радиоизотопные и геномные методы для анализа активности, разнообразия и метаболического потенциала микробных сообществ. Определяли микроскопических обитателей озер по их 16S рибосомной РНК. Эта молекула у бактерий и архей входит в состав молекулярной машинки для сборки белка — рибосомы.
Ученые выяснили, что для озера характерно повышенное содержание растворенного органического углерода – до 20 мг/л. Это очень высокий уровень, на порядок превышающий концентрации в типичных высокогорных озерах Альп, Пиренеев и Южных Скалистых гор.
«Мы предполагаем, что источником большого количества органики в толще воды являются фотосинтезирующие организмы (цианобактерии и диатомовые водоросли). Они мигрируют из поверхностных слоев воды на дно озера, спасаясь от вредного воздействия ультрафиолета. Благодаря высокой прозрачности водной толщи и хорошему прогреву придонной воды они активно фотосинтезируют на поверхности осадка. Если среднегодовые температуры в регионе будут повышаться и дальше, фотосинтезирующие микроорганизмы могут разрастись еще сильнее, вызвав ″цветение″ воды, ухудшение ее качества и эвтрофикацию озера — накопление еще большего количества органики», — заключает соавтор работы Николай Пименов, доктор биологических наук, заместитель директора ФИЦ Биотехнологии РАН.
Повышение концентрации органического углерода приводит к росту гетеротрофных микроорганизмов, которые питаются готовой органикой, а не производят ее сами. Активность таких организмов истощает запасы кислорода в воде. По оценкам ученых, при негативном сценарии озеро может разделиться на четко выраженные слои воды, при этом нижние слои не будут содержать кислород. В них будут усиленно размножаться сульфатредуцирующие бактерии и метаногенные археи, что приведет к выбросам сероводорода и метана - вредных и климатически опасных газов.
Информация и фото предоставлены пресс-службой ФИЦ Биотехнологии РАН Информация взята с портала «Научная Россия» (https://scientificrussia.ru/)
