Сообщества бактериопланктона (бактерий, живущих в водоемах) — необыкновенно разнообразная и динамичная система. Малейшие изменения в среде мгновенно приводят к полной перестройке видового состава и структуры этих сообществ. Вообще-то, бактериопланктон изучен крайне плохо. В основном исследования сосредоточены на обитателях озер. Что касается рек, то здесь остается множество нерешенных вопросов. Из всех 25 крупнейших рек мира только в четырех детально изучался состав бактерий – это река Коламбия (США), Янцзы (Китай), Макензи (Канада) и Парана (Бразилия).
Сообщества меняются синхронно
Ученые из университета штата Мэриленд,Океанографического института Вудс-Холла и еще нескольких американских университетов вместе с профессором Байроном Крампом (Byron Crump) проделали необыкновенно большую работу – они изучили состав сообществ бактерий шести крупнейших рек субарктического бассейна: Оби, Лены, Колымы, Енисея, Юкона и Макензи. А потом в течение трех лет еще и следили, как меняется состав этих бактериопланктонных сообществ.
В результате ученые обнаружили удивительную вещь: видовой состав бактерий во всех шести реках абсолютно синхронно изменялся три раза в год – в период зимней и летней межени и во время весеннего половодья.
«Мало кто ожидал, что столь нестабильная и чувствительная система может так синхронно меняться в шести реках. Более того, наши исследования показали, что после одного такого годового цикла сообщества возвращаются к своему первоначальному состоянию, и цикл начинался заново. То есть из года в год состав сообществ зимой, летом и весной всегда одинаков», — рассказывают авторы исследования.
Отобрав пробы воды, ученые при помощи анализа рибосомальных РНК бактерий выяснили их видовую принадлежность. Во всех реках доминировали совершенно обычные для пресных водоемов группы бактерий: Bacteroidetes, Betaproteobacteria, Actinobacteria. Во время трех периодов синхронно менялось их соотношение, а также еще добавлялись новые виды, которых было совсем немного.
Масштаб полушария
Ученые отмечают, что если сложить площадь водосбора каждой из шести рек, то цифра окажется огромной — 11 млн км2 . Когда речь идет о таких огромных расстояниях, то крайне маловероятно, что бактерии по воздуху попадают из одной реки в другую, да еще и в одно и то же время. Здесь явно работают другие механизмы, считают авторы работы. «Синхронные циклы, которые мы обнаружили, связаны с климатическими и гидрологическими изменениями в масштабе целого полушария», — утверждает профессор Крамп и его коллеги.
Химия воды летом, зимой и весной
По мнению авторов исследования, ключевую роль в этих циклах играет количество в воде растворенного органического вещества, ионов калия, натрия, кальция, хлора и магния. Такие сезонные изменения в химии воды связаны с особенностями режима питания рек. Например, зимой уровень содержания ионов калия, натрия, кальция, магния и хлора высок, а вот растворенного органического вещества становится меньше. Это связано с тем, что зимой реки питаются, в основном, подземными водами. Картина совершенно меняется весной – количество растворенного органического вещества повышается, ведь талый снег несет в реки частички смытой почвы, богатой органикой. А вот количество ионов, наоборот, уменьшается. Летом же количество органики опять понижается, поскольку уменьшается объем поступающей воды.
Следом за химией воды меняется и состав сообществ бактерий. Причем система работает на удивление четко и слаженно.
Поэтому, считает профессор Крамп, сообщества бактерий могут служить очень четким индикатором изменений, происходящих в окружающей среде, например, связанных с климатом. Впрочем, для того чтобы понять, так ли уж стабильны эти циклы, очевидно, что трех лет исследований мало. Нужны как минимум десятки лет наблюдений.
Результаты исследования американских ученых опубликованы в последнем номере журнала PNAS.
