Гидробиологи обнаружили важнейшие факторы среды для рачков из озер полигональной тундры

Российские ученые исследовали ракообразных Cladocera и Copepoda из термокарстовых озер в дельте реки Лены и выяснили, какими факторами определяется видовой состав обитателей дна и толщи воды. Хотя арктические водоемы неглубоки, от их размеров, тесно связанных с возрастом, сильно зависит биоразнообразие. Также оказалось, что состав бентосной и планктонной фауны определяется различными группами факторов среды. В частности, для обитателей водной толщи важны температура и гидрохимические свойства воды, а для донных ракообразных — состав водной растительности и тип грунта. Полученные данные помогут оценить, как колебания климата и растущее загрязнение повлияют на природу Арктики, ведь пресноводные ракообразные отличаются особой чувствительностью к изменениям среды. Результаты исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ) и были опубликованы в журнале Water.

Пресноводные водоемы в дельте восточносибирской реки Лены имеют свои особенности. Участки тундры — практически ровные многоугольники-полигоны — опускаются из-за таяния вечной мерзлоты, а затем наполняются водой. С течением времени таких подтаявших участков становится все больше. Так постепенно формируются комплексные полигональные водоемы, которые затем могут объединиться в большое термокарстовое озеро. Все этапы формирования таких водоемов сопровождаются изменениями в составе грунта, гидрохимических характеристиках и амплитуде температурных колебаний воды в течение дня. Это, естественно, влияет и на видовой состав их обитателей, в частности ракообразных: ветвистоусых (Cladocera) и веслоногих (Copepoda). Тонкая «настройка» биоразнообразия рачков определяется тем, какие виды смогут выйти из покоящихся стадий после зимы, возобновив основные функции организма, в конкретном озере в конкретный летний сезон.

Впервые ракообразными дельты реки Лены заинтересовались еще в 1901 году ученые Русской полярной экспедиции. Маленькие рачки обитали как на дне водоемов (бентос), так и в толще воды (планктон). Эти две экологические группы организмов, как правило, изучали по отдельности: их видовой состав настолько отличается, что исследователям часто не хватало компетентности и ресурсов для определения столь разной фауны. Да и для сбора образцов планктона и бентоса используют совершенно иные методики и оборудование.

«Однако необходимо комплексно подходить к исследованию водных экосистем, поскольку в водоемах тундры бентос и планктон тесно взаимосвязаны друг с другом и даже могут смешиваться при волнении водоема. Закономерно возникает вопрос: насколько различается влияние внешних факторов на донные и планктонные сообщества в Арктике? Мы попробовали дать на него ответ, проанализировав ракообразных тундровых водоемов», — объясняет Елена Чертопруд, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник кафедры общей экологии и гидробиологии МГУ имени М. В. Ломоносова. — Еще водоемы дельты реки Лены интересны тем, что ранее этот регион входил в состав географической области Берингии, которая в настоящее время частично скрыта под водой. Осколки берингийской фауны сохранились после последнего оледенения материка, и поэтому видовое разнообразие здесь значительно выше по сравнению с другими местами на этих же широтах».

Пробы воды и грунта для исследований авторы собирали в течение двух экспедиций: в июле-августе 2017 и 2020 годов. Образцы взяли из 31 термокарстового озера, в основном глубиной не более полутора метров. Для сбора планктона использовали специальные конические сети, а бентос отбирали с помощью трубчатых пробоотборников. Во всех изученных водоемах были определены значения основных факторов среды — температуры, минерализации, кислотности и другие. Ученые подсчитывали точное количество видов рачков в каждой экологической группе, оценивали процентное соотношение их численности, а затем выясняли, как сообщества реагируют на характеристики среды с помощью методов многомерного статистического анализа данных.

Выяснилось, что видовое богатство ракообразных в значительной степени определяется возрастом и размером водоема, с которым связано много как абиотических, так и биотических характеристик. В больших термокарстовых озерах число видов превышало показатель малых в среднем на 15-30 процентов. В зависимости от возраста и этапа формирования тундровых водоемов доминировали определенные группы ракообразных: в маленьких полигональных «прудах» — крупные ветвистоусые, в комплексных полигональных «прудах» — циклопы (один из отрядов Copepoda), а в больших термокарстовых озерах — каланоиды (тоже из отряда Copepoda).

Примечательно, что для обитания ветвистоусых рачков — представителей планктона — наиболее значимым является температурный фактор, а для гарпактикоид (один из отрядов Copepoda), обитающих почти исключительно на дне, определяющим стал состав водной растительности. Прослеживается закономерность: для планктонных организмов важны более изменчивые факторы среды, например температура, а у донных ракообразных все более стабильно: для них существеннее тип грунта, в толще которого они живут, и состав растений в водоеме, микроорганизмами на которых они питаются.

В следующие годы авторы статьи планируют снова вернуться в дельту реки Лена, чтобы проанализировать межгодовую изменчивость сообществ планктона и бентоса. Это нужно для оценки направленности изменений водных экосистем региона:

«В настоящее время полярные регионы все больше подвергаются воздействию изменяющегося климатического фактора, а также антропогенной нагрузки. Пресноводные экосистемы в целом и водные ракообразные в частности — одни из самых чувствительных в природе. Входящие в состав планктона и бентоса рачки имеют короткое время смены поколений и, соответственно, маленькую продолжительность жизни. Это определяет быстрые перестройки состава их сообществ в ответ на изменения условий среды. Вот почему на примере маленьких рачков можно выявить, какие именно факторы определяют первые изменения состава фауны в водоемах Арктики», — добавляет Елена Чертопруд.

Текст: Александра Клементьева