Как организована жизнь в экстремальной среде? Сообщества гиперсоленых озер

Озеро Сасык-Сиваш, Крым (Фото Александра Соболева с сайта https://vk.com/alkesnadr)

Статья посвящена жизни в гиперсоленых водоемах, которые относятся к одним из наиболее экстремальных местообитаний планеты. Рассмотрены основные особенности существования экосистем в столь суровых условиях. Сделана попытка объяснить, как в такой негостеприимной среде могут существовать высокопродуктивные сообщества организмов.

В гиперсоленых водоемах соленость выше среднеокеанической 35 г/л и может достигать 300–400 г/л. Их экстремальность обусловлена целым рядом факторов. Например, с увеличением солености уменьшается теплоемкость воды, что влечет за собой увеличение максимальных и уменьшение минимальных температур, в которых может развиваться жизнь. Даже в морских льдах при минус 30 ºС есть каналы с гиперсоленой жидкой водой, где тоже кипит жизнь. Это происходит потому, что с ростом солености температура замерзания воды понижается. Именно этот феномен роднит морские льды с гиперсолеными водоемами, например, такими, как всем известное Мертвое море. Для существования в столь суровой среде необходимы не только видовые адаптации, но и приспособления на уровне организованных сообществ. Что же позволяет биологическим сообществам существовать в таких негостеприимных условиях? Используя собственные результаты многолетних исследований и данные других ученых, авторы попытались ответить на этот вопрос.

1. С увеличением солености разнообразие эукариотных организмов на всех уровнях понижается, при этом те, кто переносит высокие солености, могут достигать большой численности. А вот разнообразие прокариотных организмов с увеличением солености может даже расти. Чем выше соленость, тем большую роль в сообществе играют прокариоты.

2. В пресноводных и морских водоемах поступление энергии в экосистемы в основном обеспечивает оксигенный фотосинтез. В гиперсоленых озерах все сложней. Энергия поступает за счет работы трех групп фототрофов и разнообразных хемотрофов. Например, аноксигенный фотосинтез может обеспечивать до 85% поступающей в экосистему энергии, и его доля в общей первичной продукции при увеличении солености выше 100–160 г/л растет.

3. Многие гиперсоленые водоемы, несмотря на экстремальность среды, являются высокопродуктивными. Как можно объяснить этот парадокс? С увеличением солености, как правило, увеличивается концентрация биогенных элементов, что и является, вероятно, одной из основных причин высочайшей первичной продуктивности. В экстремальных экосистемах нередко наблюдается высокая мелкомасштабная пространственно-временная изменчивость абиотических факторов (рН, Еh, температуры, концентрации кислорода и др.). Это позволяет взаимодействовать противоположно направленным процессам и замыкать циклы внутри одного сообщества, что и ведет к увеличению общей биологической продукции в водоеме.

4. Одним из механизмов осмоадаптации первичных продуцентов к высокой солености является интенсивный синтез веществ-осмолитов, их доля в общей массе органического вещества клеток растет с увеличением солености. Существенная доля первичной продукции, в первую очередь осмолиты и экзополисахариды, выделяется в воду. Это ведет к возрастанию роли в пищевых сетях гетеротрофных осмотрофов, питающихся лишь растворенной органикой.

5. При солености до 100–150 г/л донные животные играют важную роль в трофических сетях экосистем, но при более высокой солености жить на дне становится очень некомфортно. Бентосные животные начинают вести планктонный образ жизни в толще воды, при солености выше 170 г/л донных обитателей практически не остается.

Это лишь эскиз особенностей организации сообществ в экстремальной среде, многого исследователи еще не знают или не понимают как объяснить.