Изменение климата может повлиять на микроорганизмы и качество воды в высокогорных ледниковых озерах

Чистые альпийские озера являются домом для множества бактерий и архей, численность которых сильно варьируется в зависимости от возраста озера, режима питания, температуры и уровня различных минералов в воде. Микробиологи Федерального исследовательского центра «Биотехнология» РАН совместно с биоинформатиками НИЦ «Курчатовский институт» и сотрудниками ФГБУ «Тебердинский национальный парк» на примере ледникового озера на Домбае выяснили, как глобальное потепление может повлиять на обитателей высокогорных водоемов. Исследователи опубликовали результаты в журнале Current Microbiology. Работа поддержана грантом Российского научного фонда.

Изменения климата приводят к быстрому таянию ледников. Даже на фотографиях туристов, сделанных с разницей в несколько лет в одном и том же месте, видно, как линия снега и льда отступает на десятки метров. Таяние ледников питает реки, берущие свое начало на больших высотах, и озера, расположенные над границей леса в зоне альпийских лугов. Короткое лето, низкие температуры воды и постоянное ультрафиолетовое облучение не способствуют быстрому росту живых организмов в высокогорных водоемах. Кроме того, концентрация минералов и органических веществ в талой воде таких озер очень низка, поэтому набор питательных веществ для их обитателей весьма ограничен. При этом качество воды в таких озерах очень высокое: она кристально чистая, свободная от промышленных загрязнений, осадков в ней очень мало. Микробиологи Федерального исследовательского центра биотехнологии РАН исследовали микроорганизмы ледникового озера Шобайдак на Домбае, чтобы понять, как глобальное потепление влияет на эту хрупкую экосистему.

"До сих пор мы мало знаем о том, как изменение климата влияет на микробные сообщества в высокогорных озерах. Их становится меньше или больше, уменьшается их разнообразие, меняются ли экологические взаимоотношения и обмен веществ 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 российской части Кавказа. Ранее озера этого региона изучались только с точки зрения гидрологии и содержания растворенных химических веществ», — рассказывает ведущий автор исследования Анна Каллистова, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Федерального исследовательского центра биотехнологии РАН.

Озеро Шобайдак расположено на высоте 2936 метров над уровнем моря в Мухинском ущелье, на территории Тебердинского национального парка. Его длина 230 метров, ширина 130, а максимальная глубина достигает 8,5 метров. В начале лета озеро Шобайдак питается талыми водами ледников, а к середине лета, когда ледники отступают, — грунтовыми 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. Микроскопических обитателей озер идентифицировали по 16S рибосомальной РНК. У бактерий и архей эта молекула является частью молекулярной машины сборки белка — рибосомы.

Ученые установили, что озеро отличается повышенным содержанием растворенного органического углерода – до 20 мг/л. Это очень высокий уровень, на порядки превышающий концентрации в типичных высокогорных озерах Альп, Пиренеев и Южных Скалистых гор.

"Мы предполагаем, что фотосинтезирующие организмы (цианобактерии и диатомовые водоросли) являются источником большей части органического вещества в толще воды. Они мигрируют из поверхностных слоев воды на дно озера, спасаясь от вредного воздействия ультрафиолета. Благодаря высокой прозрачности толщи воды и хорошему прогреву придонной воды они активно фотосинтезируют на поверхности осадка. Если среднегодовые температуры в регионе продолжат повышаться, фотосинтезирующие микроорганизмы могут разрастись еще сильнее", - сказал он. вызывая цветение воды, ухудшение ее качества и эвтрофикацию озера – накопление еще большего количества органики», – заключает соавтор работы Николай Пименов, доктор биологических наук, заместитель директора Федерального исследовательского центра биотехнологии РАН.

Повышение концентрации органического углерода приводит к росту гетеротрофных микроорганизмов, которые питаются готовым органическим веществом, а не производят его самостоятельно. Деятельность таких организмов истощает запасы кислорода в воде. По мнению ученых, при негативном сценарии озеро может расколоться на четко выраженные слои воды, при этом нижние слои не будут содержать кислорода. В них будут размножаться сульфатредуцирующие бактерии и метаногенные археи, что приведет к выбросам сероводорода и метана – вредных и климатически опасных газов.