Антарктическая Одиссея. Зелёный покров Аргентинских островов. Научно-популярный журнал для юношества «Страна знаний» №2, 2018

Продолжение. Начало в № 7, № 8 за 2017 г., в № 1 за 2018 г.

В этой части рассказа о флоре Антарктики мы познакомимся с водорослями, микроорганизмами и вирусами Антарктики

Как правило, водоросли ассоциируются у нас с тиной из ближайшего пруда. Однако, в большинстве случаев на пресноводных водоёмах мы имеем дело с водными цветковыми растениями.

Настоящие водоросли – это очень своеобразные организмы, обладающие огромным биоразнообразием от микроскопических существ до многометровых морских гигантов. В Антарктике они населяют как наземную, так и морскую среду. Познакомимся с ними поближе.

Для того, чтобы найти первого нашего героя, нам необходимо посетить колонию пингвинов. По участкам, испытывающим существенный приток органики от птиц, в том числе по периферии колоний пингвинов, распространены фрагменты азотолюбивой (нитрофильной) группировки наземной водоросли празиолы гребенчатой (Prasiola crispa). Это пластинчатая быстрорастущая водоросль, которая способна выдерживать условия замерзания, перенасыщенности питательными веществами, в том числе повышенную нитрификацию субстрата и, соответственно, низкие значения pH, но очень чувствительна к нехватке влаги. Водоросль встречается повсеместно на переувлажнённых почвах и вокруг колоний птиц на территории Морской Антарктики и на побережье континентальной части.

В условиях Аргентинских островов, где, как мы помним, располагается украинская антарктическая станция «Академик Вернадский», празиола не образует сомкнутых сообществ и не занимает больших площадей (как, например, на Южных Шетландских островах или расположенном значительно ближе к району Аргентинских островов острове Данко).

Нитрофильная наземная водоросль празиола гребенчатая
Нитрофильная наземная водоросль
празиола гребенчатая

Однако, если в 1970-х гг. отмечалось отсутствие гнездовых колоний морских птиц на Аргентинских островах, кроме колонии бакланов на Уругвае (где празиола была спорадически распространена), то в настоящее время на острове Галиндез существуют две колонии ослиных пингвинов.

Это привело к трансформации растительности, особенно на Марина Поинт вблизи станции. Когда здешние фрагменты моховых полей кукушкина льна сжатого (Polytrychum strictum) погибли в результате загрязнения гуано, их поверхность покрыло сообщество празиолы.

Значительные по площади покровы сообщества празиолы встречаются на Марина Поинт также на поверхности скал, по которыми сверху стекает гуано пингвинов. Существенные вкрапления празиолы появились в пределах распространения здешних фрагментов моховых куртин кукушкина льна и ковровых мхов. Вообще, празиола может встречаться в любых типах растительности как примесь в случае локального обогащения места животной органикой. В частности, она произрастает в местах ограниченного поступления гуано летающих птиц. В условиях постледниковых долин у американской станции «Палмер» и невысоких островов Аргентинского архипелага празиола может выступать единственным растением, колонизирующим голые скалы или долины ручьёв, которые лишь немного обогащены животной органикой.

По периферии пингвиньих колоний и на гнездовых участках доминиканских чаек празиола может выступать вместе с щучкой антарктической, а иногда и несколькими видами мхов, вероятно, занесёнными этой птицей.

Празиола на склонах под колонией пингвинов, Порт Шарко, остров Бус
Празиола на склонах под колонией пингвинов, Порт Шарко, остров Бус

Кроме хорошо заметной макроводоросли, если присмотреться внимательнее, можно увидеть проявления существования и других микрожителей Аргентинских островов. В частности, значительное участие в покрытии скал на периферии пингвиньих колоний играют зелёные кокоидные водоросли (Chlorophyta).

Зеленый налёт этих водорослей покрывает скальные поверхности, и особенно расщелины скал, в результате чего они приобретают ярко-выраженный зелёный цвет. Данные водоросли способны переносить длительное высыхание, а при достаточном увлажнении быстро размножаются простым делением.

Со скал эти водоросли могут распространяться в толщу снега и льда, а также в загрязнённые органикой озёра, вызывая их зелёное цветение.

Зелёные кокоидные водоросли, вызывающие зелёное цветение снега и поверхности камней
Зелёные кокоидные водоросли,
вызывающие зелёное цветение снега
и поверхности камней

Другие виды микроводорослей, в частности десмотетра антарктическая (Desmotetra antarctica), вызывают красное и бурое "цветение" снега и льда. Они также относятся к кокоидным зелёным водорослям, однако имеют доминирующие красные пигменты. В скоплениях их шаровидных клеток встречаются также увеличенные, полностью буро-пигментированные клетки – акинтеты.

Цветение снега и льда на Аргентинских островах обычно наблюдается в середине февраля, а пика достигает в конце первой декады марта. В это время снег подтаивает и вместо чистого белого покрова то там, то здесь виднеются участки мокрого снега разного цвета.

Почвенные водоросли развиваются на поверхности почвы, в её толще или на поверхности мхов или лишайников. Иногда они вызывают оливково-зелёное, сине-зелёное, зелёное или красное цветение почвы или образуют различные поверхностные разрастания – пленки или маты.

В отличие от острова Кинг Джордж на поверхности почвы на Аргентинских островах не встречается развитого покрова сине-зелёных водорослей, хотя их диаспоры присутствуют в почве. Вероятно, это вызвано кислой реакцией почвы антарктических экосистем, что ведёт к высвобождению металлов, в частности, алюминия, токсичного для прокариот.

Цветение снега на острове Галиндез
Цветение снега на острове Галиндез

Среди микроскопических водорослей в районе Аргентинских островов украинскими учёными недавно обнаружено 3 новых для всей Антарктики вида. Это Komvophoron groenlandicum – редкий вид сине-зеленых водорослей (Cyanophyta), известный до этого в Гренландии, обнаруженный в литосолях острова Галиндез, Pseudococomyxa subellipsiodea (Chlorophyta) – один из наиболее распространённых в обрастании мхов и почве видов микроводорослей Аргентинских островов.

Elliptochloris bilobata Tschermak-Woess (Chlorophyta) – вид, встречающийся в обрастании мхов и известный преимущественно из горных регионов северного полушария. Найден ряд представителей родов Parietochloris, Spirulina, Avernensia, черты которых не соответствуют описанным в науке видам.

На поверхности почвы распространены также амфибийные жёлто-зелёные водоросли (Xanthophyta) такие как Tribonema или Xanthonema.

Водоросли в гнезде чайки, средний остров группы Три Маленьких Поросёнка
Водоросли в гнезде чайки,
средний остров группы
Три Маленьких Поросёнка

В пресных водоёмах Аргентинских островов иногда развиваются нитчатые водоросли, которые во время высыхания соответствующих водоёмов образуют волокнистые маты на их дне. Они напоминают обычные тины кладофоры (Cladophora) поймы Днепра в Киеве. Такие тины образует близкая к празиоле зелёная водоросль шизогониум (Schizogonium). Кроме того, эта же водоросль может выступать доминантой в зелёном обрастании камней с налётом животной органики.

Что касается морской среды существования, то тут развиваются микро- и макроводоросли. Украинскими гидробиологами в описываемом районе выявлен 151 вид микроводорослей, относящихся к 8 отделам. По числу видов доминируют диатомовые (Bacillariophyta) – 95 видов, динофитовые (Dynophyta) представлены 34 видами, другие же отделы – 1-8 видами.

Самое большое разнообразие фитопланктона отмечено в весенний период и в начале лета. В течение 2002/03 гг. выявлено три пика в развитии фитопланктона, которые приходятся на весенне-летний период за счёт «цветения» в октябре Phaeocystis pouchtetii, в ноябре-декабре – диатомовых из родов Fragilariopsis, Achnanthes, Corethron и др.

Зелёные нитчатые водоросли, о. Галиндез
Зелёные нитчатые водоросли, о. Галиндез

Третий максимум развития фитопланктона обусловлен массовым развитием в середине января флагелл (Cryptomonas sp., Pyramimonas sp.) и мелких жгутиковых. Смена превосходящих в планктоне видов, их количество и размерная структура соответствуют последовательным стадиям весенне-летней сукцессии (смены растительных сообществ). Осенью и в начале зимы развитие фитопланктона замедляется и разнообразие падает.

Массовое цветения моря в летние сезоны могут вызвать диатомовые водоросли, такие как фрагиляриопсис (Fragilariopsis). Особенно массово они развиваются на нижней поверхности айсбергов и льдин. При этом вода приобретает мутность, исчезает криль, что вызывает голод пингвинов и отсутствие китов.

Главное развитие бурых, зелёных и красных макроводорослей происходит в летний период по март включительно. Царство белых и чёрных цветов Антарктики эффектно оживляет ярко-красная морская водоросль иридея сердцевидная (Iridaea cordata). Пик развития этой водоросли приходится на середину февраля. Заросли иридеи встречаются на мелководьях, в частности, наиболее развиты в проливе Стелла Крик.

Диатомовая водоросль фрагиляриопсис (Fragilariopsis)
Диатомовая водоросль фрагиляриопсис
(Fragilariopsis)

Ещё одним широко распространённым видом является представитель бурых водорослей аденоцистис пузырчатый (Adenocystis utricularis). Эту водоросль очень легко отличить, потому что её побеги светло-бурого цвета напоминают мешочки и заполнены воздухом. Аденоцистис развивается с сентября месяца и его очень часто можно увидеть на литорали во время отлива. Вместе с ним широко распространённым видом в проливе Мик и сублиторальной зоне Аргентинских островов является также десмарестия хордовая (Desmarestia chordalis). Эта водоросль образует разветвлённые подводные кусты.

Широко распространёнными в акватории Аргентинских островов являются также водоросли плокамиум (Plocamium cartilagineum) и кладодонта (Cladodonta lyallii).

Среди антарктических водорослей выделяется длинная бурая водоросль цистосфера (Cystosphaera jacquinotii), похожая на всем известную морскую капусту. Её толстые талломы (тело водоросли называется таллом) приобретают плавучесть благодаря специальным пузырькам с воздухом – своеобразным поплавкам. То есть также, как, скажем, у балтийского фукуса (Fucus vesiculosus). Цистосферу часто выбрасывает на берег большими мотками.

Красная водоросль иридея сердцевидная
Красная водоросль иридея сердцевидная
Представитель бурых водорослей аденоцистис пузырчатый
Представитель бурых водорослей аденоцистис пузырчатый
Гигантская водоросль цистосфера
Гигантская водоросль цистосфера

Среди зелёных водорослей наиболее распространённым видом является монострома (Monostroma hatiotii), которая встречается в летний сезон на литорали островов Галиндез и Барханы. Кроме указанных видов были обнаружены также водоросли  Ballia callitricha , Desmarestia anceps, Himantothallus grandifolius, Curdiea racovitzae, Leptosomia simplex  и Kallymenia antarctica.

Лентовидная водоросль (<em>Phyllogigas</em>)
Лентовидная водоросль
(Phyllogigas)

На поверхности дна в глубоких местах располагаются заросли бурой водоросли филогигаса (Phyllogigas).

Установлено, что водоросли-макрофиты составляют важную составляющую в питании нототениевих рыб.

Кое-где морские водоросли, выбрасываемые на берег, служат дополнительным источником органики для существующих в этих условиях комплексов наземной растительности. Однако наиболее действенным звеном, соединяющим наземные и морские природные комплексы Антарктики, являются морские животные.

Своеобразным и таинственным является мир микроорганизмов. Среди них актиномицеты (Actinomycetales) и другие бактерии (Bacteria). Предыдущими исследованиями украинских учёных установлено присутствие в антарктических субстратах различных актиномицетов. В лаборатории Львовского национального университета имени Ивана Франко они выделены в чистые культуры, ведётся их дальнейшее исследование. Кроме того, показано наличие симбионтных бактерий, которые обитают в тканях сосудистых растений Антарктики и, возможно, облегчают им адаптацию. Сожительство бактерий с организмом растения формирует своеобразный супер-организм, который лучше приспособлен к экстремальным условиям окружающей среды. По результатам исследований группы украинских учёных из Института молекулярной биологии и генетики НАН Украины эндофитные бактерии были выделены из растений щучки антарктической, как из района Аргентинских островов, так и расположенного на 400 км севернее острова Кинг-Джордж. Наиболее обычным родом бактерий был псевдомонас (Pseudomonas). Молекулярно-генетическое исследование показало также значительное многообразие выделенных бактерий: Alfaproteobacteria, Betaproteobacteria, Gammaproteobacteria, Firmicutes, Cytophaga-Flavobacteria и Actinobacteria. Выявлено различие в бактериальном населении корней и листьев растений. В частности, в листьях растений из двух местонахождений с острова Галиндез (гребень Карпаты и мыс Магнит) многообразие было значительно выше, чем в корнях.

Морские водоросли на литорали после отлива
Морские водоросли на литорали
после отлива

С данными исследованиями хорошо согласуются результаты украинских вирусологов из Киевского национального университета имени Тараса Шевченко, которые показали повышенную концентрацию бактериофагов (вирусов бактерий) именно в прикорневой зоне сосудистых растений. Здесь обнаружены фаги с различной формой капсидов, которые ожидает молекулярно-генетическое исследование.

***

Сосуществование различных типов пионерной растительности Антарктики способствует накоплению органического вещества в наземной среде, что способствует формированию почв. Таким образом, в расщелинах скал в понижениях и углублениях формируются первичные антарктические почвы, о которых читайте в следующей части нашего цикла.

Автор выражает благодарность Национальному антарктическому научному центру МОН Украины за помощь в организации исследований.

И.Ю. Парникоза, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник НИАМ «Киевская крепость» и ИМБиГ НАН Украины