Структура сообщества одноклеточных водорослей зависит от источника азота

Диатомовая водоросль Odontella (а) из всех источников азота предпочитает нитраты, Melosira (б) – аммоний, Nitzschia (в) – глицин, Cylindrotheca (г) – мочевину.

Беломорский фитопланктон выращивали в воде с добавлением разных источников азота: органических (глицин, мочевина) и неорганических (нитраты, аммоний). Биомасса сообщества во всех случаях оказалась примерно одинаковой, однако видовой состав сильно различался. Разные водоросли предпочитают разные источники азота, причем конкуренция идет не только за неорганические источники (это было известно и ранее), но и за органические.

Данная статья продолжает цикл работ, посвященных конкуренции микроскопических планктонных водорослей за различные источники азота. Круг проблем, связанных с этими исследованиями, здесь уже обсуждался (см: «Водоросли конкурируют за мочевину» – по статье: Л. В. Ильяш, Е. В. Запара. Конкуренция двух морских диатомовых водорослей за азот мочевины и нитратов при трех уровнях освещенности ). В отличие от предыдущей работы, где изучались только два вида водорослей и два источника азота (мочевина и нитраты), в данной статье авторы сообщают о результатах экспериментов с целым фитопланктонным комплексом (60 видов) и с четырьмя источниками азота.

Эксперименты проводились на Беломорской биологической станции МГУ в августе 2005 г. Выловленный из моря фитопланктон (без хищников, которые могли бы его поедать) помещали в полуторалитровые пластиковые емкости, наполненные отфильтрованной морской водой с добавлением всех необходимых биогенных элементов, кроме азота. Это был «контроль». В опытные емкости добавляли один из четырех источников азота: глицин (Г), мочевину (М), нитраты (Н) или аммоний (А). Азота добавлялось столько, что именно он должен был служить лимитирующим фактором для роста водорослей (то есть мало). В естественных условиях беломорский фитопланктон в летний период тоже лимитируется азотом. Емкости помещали в море на глубину 1 м, прикрепив к плотикам. После этого в течение 18 суток следили за состоянием фитопланктонного «сообщества» в каждой емкости. Все эксперименты проводились в трех повторностях.

Во всех емкостях, куда был добавлен азот, биомасса росла быстрее, чем в «контроле». Интересно, что итоговая биомасса оказалась практически одинаковой во всех опытных емкостях независимо от источника азота. Получается, что исходный комплекс планктонных водорослей, взятый из моря, способен с одинаковой эффективностью утилизировать все 4 источника. Однако этот одинаковый итоговый результат в разных случаях был достигнут за счет разных видов водорослей.

В течение первых 6 суток во всех опытных и контрольных сообществах происходили сходные синхронные изменения видового состава и относительных видовых обилий, не зависящие от источника азота. В частности, погибали динофитовые водоросли Ceratium fusus, активно развивались диатомеи Nitzschia, Cylindrotheca и другие. На 9-й день сообщества с добавками начали достоверно отличаться от контроля. Наметились также различия и между сообществами, росшими на разных добавках. Эти различия стали максимальными на 12-й день, а затем изменения структуры сообществ замедлились, сообщества стабилизировались. Структурные изменения, произошедшие в сообществах, росших на мочевине и нитратах, оказались сходными между собой. Похожими оказались и изменения, произошедшие в емкостях, куда был добавлен аммоний и глицин.

Сходство структуры сообществ в парах (М+Н) и (Г+А) затрагивало не все виды, а только некоторые. Например, на 18-й день в сообществах Г и А было много диатомей Nitzschia, однако в сообществах Г эти формы были самыми массовыми, а в сообществах А они уступали по биомассе другому виду диатомей – Melosira moniliformis. Для каждого вида водорослей были определены «конкурентные параметры» - способность противостоять другим видам в борьбе за азот – при разных источниках азота. Как и следовало ожидать, разные виды сильно различаются по своей конкурентоспособности в разных условиях. Сходство структуры сообществ, сформировавшихся на органических и неорганических источниках азота (например, Г и А), говорит о том, что водоросли конкурируют между собой не только за неорганический азот (это было хорошо известно и раньше), но и за органический, причем исход конкурентных отношений может быть сходным.

Вместе с тем численность многих видов водорослей сильно зависит от того, является ли источник азота органическим или неорганическим. Например, водоросль Cylindrotheca closterium характеризуется высокой конкурентоспособностью на мочевине и глицине, тогда как на аммонии и нитратах ее конкурентоспособность заметно ниже. Полученные результаты свидетельствуют о том, что растущее год от года антропогенное загрязнение, сопровождающееся поступлением в водоемы органического азота, должно очень сильно влиять на структуру фитопланктонных сообществ. В частности, именно этим, по-видимому, объясняется десятикратное увеличение биомассы диатомеи Skeletonema costatum в Белом море за последние 10 лет. Изменения фитопланктона, в свою очередь, неизбежно ведут к изменению структуры и продуктивности всей водной экосистемы.