Слизь за слизью: почему биоплёнки, на которых вы скользите в реках, жизненно важны

Вы могли заметить её, поскользнувшись на камне в ручье Мельбурна или бродя по водоёму на Северной территории. Это слизь, и наши реки полны ею. И это хорошо.

Там, где в реках есть твёрдые поверхности, такие как коряги и камни, вы найдёте слизь или, как её называют экологи, биоплёнку. Биоплёнки состоят из сообществ микроорганизмов: водорослей, цианобактерий, бактерий, грибов и простейших. Вместе они закреплены в матрице из природных полимеров, производимых бактериями и другими мелкими существами. Именно эта матрица придаёт ту скользкую, слизистую текстуру, которую мы ощущаем при плавании в реках.

Биоплёнки играют важную роль в пресноводных экосистемах. Они лежат в основе здоровья рек, формируя базу пищевых сетей.

Наше новое исследование изучает, как эти распространённые, но непризнанные сообщества меняются со временем. Мы обнаружили, что биоплёнки наиболее питательны, когда они новые — возрастом менее шести недель. После этого их пищевая ценность снижается.

Почему биоплёнки важны?

Без слизи рекам не хватало бы фундаментального источника пищи для животных. Это звучит громко, но это правда.

Водоросли преобразуют энергию солнца в новую биомассу посредством фотосинтеза. Бактерии и грибы разлагают органический мусор — от мёртвых листьев до мёртвой рыбы — и перерабатывают питательные вещества. Мелкие беспозвоночные пасущиеся организмы, такие как зоопланктон и макробеспозвоночные, питаются биоплёнками. Они, в свою очередь, становятся пищей для более крупных хищников, таких как рыбы, утконосы и черепахи.

Не все биоплёнки обладают одинаковым качеством пищи. И разные сообщества биоплёнок растут в разных физических условиях.

Когда уровень воды в реке поднимается, камни и коряги на поверхности погружаются, и биоплёнки заселяют эту новую среду обитания. Это происходит очень быстро. Первыми прибывают бактерии, за ними в следующие несколько недель — водоросли.

Биоплёнки претерпевают естественные изменения в составе сообщества с течением времени под влиянием физических нарушений (таких как смыв при высоком потоке воды или осаждение при низком) или химических изменений, таких как дополнительные питательные вещества из стоков.

Эти нарушения часто приводят к периодам разрушения и повторного заселения новыми организмами. Считается, что по мере старения биоплёнки становятся худшим источником пищи для животных. Это происходит потому, что в старых сообществах биоплёнок начинают доминировать цианобактерии и нитчатые водоросли, которые не так питательны.

Так что же делает слизь хорошей?

Для разборчивого беспозвоночного лучшая биоплёнка — та, которая содержит много водорослей, особенно диатомовых и зелёных. Они являются богатыми источниками омега-3 жирных кислот, молекул, необходимых для роста и размножения животных.

Но пища также должна быть легко доступной. В изучении пищевых сетей часто используется теория экологической энергетики. Проще говоря, она предполагает, что успех популяции животных ограничен тем, насколько сложно особям получить достаточное количество пищи для роста и размножения.

Что мы обнаружили?

Многие наши реки регулируются плотинами и дамбами. Это означает, что мы можем изменять уровни воды, чтобы покрывать камни и коряги водой и стимулировать рост новых биоплёнок.

Если мы знаем, сколько времени требуется биоплёнкам для достижения оптимального качества, мы можем управлять уровнями воды, чтобы повысить пищевую ценность и принести пользу как пасущимся организмам, так и рыбам, которые их едят.

В нашем исследовании мы погрузили деревянные блоки из красного камедного дерева на 20 сантиметров под поверхность трёх рек. Затем мы отбирали пробы биоплёнки в течение 73 дней, беря ДНК для оценки того, как менялись пропорции водорослей, цианобактерий и грибов с течением времени.

Мы разработали новый подход для оценки пищевой ценности, учитывающий как качество профилей жирных кислот, так и их доступность в пространстве.

Что мы обнаружили? Пищевая ценность для животных достигла пика между 24 и 43 днями после погружения блоков.

После 43 дней пищевая ценность биоплёнок снизилась. Количество нитчатых водорослей и цианобактерий увеличивалось по мере старения биоплёнок, в то время как обилие зелёных водорослей и диатомовых уменьшалось. Количество слизистых природных полимеров также увеличивалось со временем, делая наши некогда вкусные биоплёнки ещё менее питательными.

Что это значит?

Водные агентства всё чаще используют экологические попуски для поддержки популяций пресноводных рыб и животных. Широко применяемым методом является поднятие уровня воды в реках и водохранилищах для затопления новых твёрдых поверхностей и роста новых биоплёнок.

Теперь мы знаем, что через шесть недель пищевая ценность биоплёнок для животных снижается — и это может помочь управляющим найти лучшие способы использования экологической воды для создания «биоплёнкового бума» для беспозвоночных и всего, что их ест.