Цианобактериальные цветения могут происходить и при низких температурах, даже подо льдом
Массовое развитие цианобактерий, так называемое цветение сине-зеленых водорослей, неоднократно угрожает качеству водоемов и ресурсов питьевой воды во всем мире. Цианобактерии считаются теплолюбивыми, и массивное цветение водорослей регистрируется в основном летом, когда мониторинг особенно тщателен.
Международная исследовательская сеть с участием Института пресноводной экологии и внутреннего рыболовства им. Лейбница (IGB) показала, что цветение цианобактерий может происходить и при более низких температурах — даже подо льдом. Если такие цветения остаются незамеченными, они угрожают производству питьевой воды. Исследование опубликовано в журнале Limnology and Oceanography Letters.
Цианобактерии могут производить токсины, лишать воду кислорода, а водные растения — света для фотосинтеза. Таким образом, их цветение угрожает водным экосистемам, питьевым ресурсам и местам для купания.
До сих пор научный консенсус заключался в том, что потепление воды выше 25 °C благоприятствует росту цианобактерий, особенно в контексте изменения климата.
Исследовательская группа международной сети Global Lake Ecosystem Observatory Network (GLEON) показала, что цветение цианобактерий может происходить в озерах и при относительно низких температурах воды <15 °C — даже под слоем льда. Для этого исследователи использовали существующие научные данные, включая данные, собранные гражданскими учеными с помощью приложения или микроскопических наборов.
Ведущий автор исследования доктор Кейтлин Рейнл отмечает: «Цветение цианобактерий сложно и представляет проблему. Общепринятое мнение о них заключается в том, что они любят тепло, и во многих случаях это правда. Однако появляется все больше свидетельств того, что это цветение может происходить и в холодных условиях. Это удивительно даже для нас, исследователей, потому что противоречит общепринятой мудрости».
Холодные или теплые воды: одинаковые типы водоемов и одни и те же виды цианобактерий
Цветение цианобактерий наиболее распространено в богатых питательными веществами, «переудобренных» водах — как в холодных, так и в теплых условиях. Часто одни и те же виды цианобактерий образуют массовое цветение как в теплой, так и в холодной воде. Однако они обладают определенными характеристиками, такими как широкая температурная толерантность и специальные стратегии выживания при низких температурах (например, белки холодового шока и защиты от замерзания или холодостойкая клеточная стенка из ненасыщенных жирных кислот).
«Некоторые нитчатые виды цианобактерий очень обильны зимой даже в периоды ледового покрова благодаря своей способности адаптироваться к условиям низкой освещенности и низких температур», — пояснила соавтор исследования, исследователь IGB доктор Стелла Бергер.
Активация из покоящихся стадий также может быть триггером цветения. Некоторые виды образуют покоящиеся стадии, которые лежат на дне водоема и пробуждаются при изменении условий окружающей среды — даже при более низких температурах. Например, известно, что донные бактерии активируют покоящиеся стадии Microcystis aeruginosa.
Авторы классифицировали три типа цветения цианобактерий в холодной воде в зависимости от механизма возникновения:
- Поверхностное цветение, инициированное и сохраняющееся при низких температурах воды.
- Цветение в так называемом термоклине (слое с резким градиентом температуры), которое может быть вынесено на поверхность физическими процессами.
- Цветение, начавшееся при более высоких температурах и сохраняющееся при более низких.
Цветения второго типа, происходящие в термоклине, часто остаются незамеченными, так как происходят в более глубоких слоях воды. Бури могут выносить их на поверхность. «Мы смогли наблюдать это в озере Штехлин несколько лет назад. Сильный шторм вызвал циркуляцию водной толщи, цианобактерии массово вышли на поверхность и ухудшили качество воды в озере на несколько недель», — объяснила соавтор, исследователь IGB доктор Мина Бизич. Это явление также описано для Цюрихского озера или небольших ледниковых озер и водохранилищ.
Но даже если цветение остается в глубоких слоях озера, оно может быть опасным. Например, водозаборы питьевой воды часто расположены далеко ниже поверхности воды, и незамеченное цветение может загрязнить извлекаемую воду токсинами.
«Исследование показывает, что парадигму "цианобактериальное цветение любит тепло" необходимо пересмотреть. Для мониторинга и управления водными ресурсами это означает, что отбор проб следует расширить на холодные сезоны, и нам нужно следить за цветением водорослей в более глубоких слоях воды, которое может быть вредным для питьевой воды», — сказал соавтор и исследователь IGB профессор доктор Ханс-Петер Гроссарт.