Микрокосмос в сфагновом болоте

Сосново-сфагновое болото с доминированием сосны, березы, белоуса, клюквы, мирта болотного и осоки. Примерно на такой площадке экологи провели 4 месяца, изучая жгутиконосцев, населяющих все пресноводные экосистемы, включая и болота. Фото с сайта enc.permkultura.ru

Изучено пространственное распределение жгутиконосцев в сфагновом болоте. Площадь отбора проб – около 100 кв.м, а расстояние между отдельными пробами от 1 см до 10 м; пробы брали в течение четырех месяцев. Соотнесем опытное пространство и время с размерами и жизненным циклом жгутиконосцев, и получим исследование, аналогичное мониторингу полевок на площади, равной, например, трети всей Ярославской области в течение 20-40 лет. Данная работа поднимает вопрос о масштабировании экологических исследований в микромире и сравнимости результатов экологических исследований макро- и микроорганизмов.

Экологи Д.В.Тихоненков из Института биологии внутренних вод им. Папанина РАН в г.Борок и Ю.А.Мазей из Пензенского государственного педагогического института изучили население жгутикосцев сфагнового болота. Цель исследования – представить пространственную структуру сообщества микоорганизмов. Для этого экологи отбирали пробы воды с поверхности болота на расстоянии 1 см, 10 см, 1 м и 10 м от выбранной центральной точки.

Пробы отбирались с однородной поверхности болота вдоль горизонтальных транссект, угол меджу которыми 120 градусов. Черные точки отмечают места взятия проб. Рис. из разбираемой статьи.

Таким образом, структура сообщества представлена 12-ю точками. Пробы по этой схеме брались 14 раз в течение четырех месяцев в июне-сентябре. Кроме того, отбирались пробы с различных глубин болота. Сфагновое болото четко разделено 3 слоя: верхние 5 см – это слой зеленого мха, 10 см глубже – слой лишенного хлорофилла белого мха, а на глубине более 20 см расположен слой бурого мха, там начинается торфообразование. С этих глубин и брали пробы воды для определения состава жгутиконосцев.

Чтобы представить точнее смысл данного исследования, соотнесем масштабы пространства и времени в мире жгутиконосцев с масштабами привычных нам объектов. Самый массовый жгутиконосец в пробах – мелкий Cryptomonas, его размеры 20-40 микрон, он размножается с частотой 1-2 раза в сутки. Отношение размеров тела к расстоянию между пробами имеет порядок 1:10000:100000:1000000:10000000; за 4 месяца исследований сменяется 100-200 поколений этих жгутиконосцев. Представим, что мы изучаем население лесной полевки (обычный грызун средней полосы России), с размером тела 10 см. По аналогии площади сбора проб должны составить 10см:100м:1км:10 км:100км. Общая площадь учета населения полевок составила бы 10000 кв.км. Сто метров – это примерные размеры территории, охраняемой одним самцом полевки или площадь, занимаемая одной – двумя семьями. Полевки размножаются 4-5 раз в год, то есть 100-200 поколений сменяются за 20-40 лет. Таким образом, эксперимент с болотными жгутиконосцами в течение 4 месяцев соответствует мониторингу полевок на площади, равной, например, трети всей Ярославской области в течение 20-40 лет. Масштаб исследования впечатляет и дает представление об экологическом микрокосме. В связи с этим исследование, предпринятое экологами в Ярославской области, выглядит исключительно актуальным с точки зрения понимания масштабов и сопоставимости экологических изысканий для животных разного размера. Что представляет собой экологическая ниша для микроорганизмов, какие параметры значимы для микроорганизмов? какими должны быть размеры проб? что показывают пробы, собранные 5-миллилитровой пипеткой (это все равно, что накрыть колпаком диаметром 500 метров опытную площадку и пересчитать всех полевок под этим колпаком)? Проблемы масштабирования экологических исследований в микро- и макромире очень мало обсуждается в экологии.

Авторы исследования, помимо оценки общего обилия жгутиконосцев в условиях сфагнового болота, рассмотрели два показателя: равномерность распределения видов в разноудаленных пробах и сходство видового разнообразия в разноудаленных пробах. Всего они определили в пробах 105 видов, из которых основное обилие пришлось на 9 массовых видов. Треть видового состава относится к эвгленидам, именно они являются доминирующей в видовом разнообразии группой. Число видов в каждой пробе было примерно одинаковым; плотность населения жгутиконосцев была довольно однородной.

Сравнение относительного обилия массовых видов в разных пробах показало, что виды встречаются пятнами, скоплениями. (Метод оценки равномерности основан на соотнесении разброса обилий в трех пробах с одного расстояния со средним из них обилием). Наиболее равномерно распределены самые массовые виды, а чем более редок вид, тем большая мозаичность в распределении ему свойственна.

Сходство видового состава проб, находящихся на разном расстоянии от центральной точки, оказалось неоднородным. Больше всего различались пробы, взятые на расстоянии 1 см друг от друга. Если сравнивать разницу видовых ассоциаций, находящихся на расстоянии метра и больше, то это будут более или менее схожие комплексы. Возможно, здесь уместно пояснить этот результат примером из экологии. Если сравнивать близко расположенные комплексы моллюсков литорали и супралиторали или сублиторали, то разница состава окажется довольно высокой. Если при этом взять случайные крупные выборки моллюсков вдоль прибрежной зоны на расстоянии ста метров друг от друга, то вероятность получить сходные выборки окажется довольно высокой. Примерно та же картина распределения получилась и для жгутиконосцев.

Четкого распределения видов по обилию или составу в зависимости от глубины обитания не обнаружено.

Экологи, занимающиеся проблемой масштабирования исследований, наверняка отметят эту работу хотя бы в силу большого количества представленного материала. Однако им придется более подробно и критически рассмотреть методы анализа полученного массива данных, с помощью которых авторы пришли к тому или иному заключению. Так, общее число проб, названое в работе – 182. Рисунок, показывающий схему взятия проб, предусматривает всего 12х14=168 проб. Число проб 182 получилось бы, если в схему взятия проб добавить еще одну точку, например, центральную (13х14=182). Однако в случае участия центральной точки в анализе неясно, какие точки следует усреднять при сравнении масштабов – центральную с каждой из трех, или каждую с каждой из трех в одном масштабе. В двух случаях интерпретация результатов будет разной. Вообще следует отметить, что вопрос об усреднении возникает каждый раз в каждом анализе и читатель должен как-то догадаться сам, какую группу проб усредняют авторы исследования. Из описания методической части остается неясно, из каких мест на протяжении четырех месяцев брали пробы: из одних и тех же, как-то особо помеченных, или же центральная точка выбиралась случайно? Кроме того, остается открытым вопрос о временнЫх трендах развития этих комплексов на протяжении всего периода исследований. Чтобы оценить временную изменчивость, авторы усреднили данные по всем пробам на протяжении всего временного интервала, получив некую интегральную оценку, в которой смешались временная и пространственная изменчивость.