Откуда в Иссык-Куле кораллы?

Сапожников Ф.В.¹, Оленин А.Л.¹, Алымкулов С.А.², Филиппов А.С.¹, Рейхард Л.Е.¹, Завьялов П.О.¹

¹Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Россия, Москва

²Кыргызский Государственный Технический Университет им. И. Раззакова, Кыргызстан, Бишкек

Поверхность озера Иссык-Куль(Кыргызстан) видели многие – и каждый при воспоминании об этом озере скажет: оно умиротворяюще прекрасно. А что скрывается под этим зеркалом воды, отражающим безмятежные небеса? Какие ландшафты на дне, почему они именно таковы, кто их такими сделал и почему?

В июле-августе 2023 года мы провели экспедицию под руководством Салмора Амановича Алымкулова, и изучили донную жизнь в горных озёрах Кыргызстана: в Чатыр-Куле, в Сон-Куле и, конечно же, в Иссык-Куле. Сотрудники Института океанологии РАН и лично С.А. Алымкулов ездили по горным дорогам, находили подходы к воде по берегам озёр, проводили подводные съёмки, легководолазные погружения и собирали материал для исследований. Конечно же, в каждом озере мы нашли свои особенности, проявляющиеся в ландшафте дна и его населении – и они оказались уникальны. Но начнём наш рассказ именно с Иссык-Куля, где были найдены… «кораллы».

Эти структуры мы нашли в разных участках прибрежной зоны на юге озера. Их присутствие было отмечено на глубинах от полуметра и до 12-15 метров. По сути, они появляются там, где ветровое движение волн уже не создаёт постоянного заплеска – в относительно более стабильной зоне берегового склона. А исчезают там, где заканчивается пояс камней, окаймляющий берег под водой. При этом на крайних мелководьях «кораллы» выглядят порванными по краям – здесь на них воздействует сильный штормовой накат осенью и зимой. А с каждым метром глубины они становятся всё более оформленными, цельнокрайними. «Кораллы» покрывают спины разноразмерных валунов, спускаясь на их бока,  срастают между собой камни на 5-10 метрах и создают сплошной кружевной ландшафт, одевающий глыбы на 12-15 метровой глубине. Выглядят они как извилистые каменные складки – тонкие, несколько миллиметров толщиной, усеянные с поверхности мельчайшими бугорками. Словно валуны под водой обросли курчавыми листьями – относительно узкими, но очень складчатыми и густыми. Их окраска меняется от буро-золотистой, лоснящейся на мелководьях до розово-палевой на предельной для них глубине. Аналогичный облик характерен для многих видов кораллов, покрывающих камни в тропических морях. Мы ныряли на дно и спускали туда приборы для фото- и видеосъёмки, отбирали образцы этих структур. Затем, с помощью световых и электронных микроскопов, изучали их в ИО РАН.

Но Иссык-Куль – озеро, хотя и огромное. Это не море. Откуда здесь взяться кораллам? А фокус в том, что если в тёплых морях кораллы – это колонии кишечнополостных животных, способных в разной степени отлагать известняк, а в Иссык-Куле кораллоподобные структуры строят микроорганизмы. Первично это тонкие слоистые плёнки, одевающие поверхность камня – их формируют цианобактерии и колониальные диатомеи. Внутри этих плёнок отлагаются кристаллы кальцитов – чем глубже в толщу плёнки, тем их становится больше, они образуют сети и срастаются, формируя прочную скелетную основу плёнки. А потом, по мере разрастания, такой плёнке просто перестаёт хватать места на камне – и она начинает отрастать от него, образуя извилистые складки, а от них новые складки, постепенно покрывая камень прочным кружевом на минеральной основе. Толщина иссык-кульских «кораллов» достигает 6-8 см – это слой извилистого окрашенного кружева на подводных камнях. Полоса глубин, где они населяют эти камни на юге озера, составляет примерно 200 м. А длина каменного пояса вдоль берегов – многие десятки километров. Так что здесь мы говорим о явлении весьма масштабном, это не уникальная находка на отдельном камне. Наши исследования в районе Чолпон-Оты, где дно песчаное, показали, что «кораллы» способны развиваться и там – в продолжение экспедиции находили мы их на бетонных плитах и якорных блоках, некогда сброшенных на дно.

Конечно же, кроме внешнего облика «кораллов» и масштабов их разрастания в Иссык-Куле, представляет интерес, кто именно из микроорганизмов их построил. И здесь наши исследования позволили описать весьма интересные явления. У каждого вида микроорганизмов своё место в таких плёнках, и своя очередь на этапах строительства структуры в целом. Первыми на камне поселяться корковые колонии цианобактерий из родов Gloeocapsa и Aphanocapsa, они строят плотные прозрачные колонии из прочных биополимеров, содержащих внутри миллионы делящихся клеток. Затем среди этих колоний поселяются особые зелёные микроводоросли из рода Chormotila – их округлые клетки выделяют вокруг себя слоистый полимер, постепенно образующий под клеткой столбик. Затем клетка делится, и столбик тоже раздваивается, продолжая рост. Постепенно развивается колония из многократно ветвящихся толстых прозрачных столбиков, по вершинам которых сидят клетки. Среди этих плотных «кустов» разрастаются диатомеи из родов Gomphonema и Gomphonella,  строящие древовидные структуры уже из собственных полимеров – их булавовидные клетки сидят по концам этих тонких прозрачных стебельков. Впрочем, для некоторых гомфонем, живущих в Иссык-Куле, характерны как раз толстые стебельки – и узкие клетки буквально прячутся в их округлых концах. Когда клетка делится, за двумя её дочерними отрастают свои стебельки. Колония из сотни клеток у таких диатомей представляет собой уже очень обильно разветвлённое «дерево» - маленькое по нашим масштабам, но в составе плёнки их сотни тысяч. Между ветвями этого «дерева» находят себе уютное место для развития трубчатые колонии уже других диатомей – они из рода Encyonopsis, их длинные клетки почти ланцетной формы  упакованы в прозрачные полимерные трубки – и способны внутри них ползать. Ближе к верхним ярусам слоя «деревьев» и «кустов» развиваются рыхлые колонии мелких диатомей из рода Achnanthidium – клетки здешних видов притоплены в общий прозрачный матрикс, ими образуемый. Здесь же в массе развиваются клетки диатомей Mastogloia smithii, окружённые многослойными полисахаридными капсулами.

Отметим, что в узких пространствах между всеми этими полимерными ветвями и подушками колоний ахнантидумов развиваются тонкие нити цианобактерий из рода Leptolyngbya – свет хорошо проникает в глубину плёнки по полимерным волокнам, и его хватает для реакций фотосинтеза, за счёт которых в основном и живут лептолингбии. Они оплетают чужие колонии, формируя прочный волокнистый каркас плёнки. Между стебельками и ветвями постепенно формируются микрокристаллы кальцитов, они срастаются в более крупные и образуют мощный, крайне прочный минеральный скелет плёнки, пронизанный повсюду живыми колониями. А в самом верхнем слое плёнки развиваются нитчатые цианобактерии из рода Calothrix – их многоклеточные нити, плавно сужающиеся от оснований, заканчиваются длинными прозрачными волосками. Формируя ворсистый ковёр, эти волоски прикрывают всё сообщество плёнки от избытка солнечного света. Благодаря многослойным чехлам золотисто-бурой окраски, одевающим нити калётриксов, вся поверхность плёнки на глубинах 0,5-5-6 м приобретает характерный насыщенный цвет. Глубже по склону калётриксов становится меньше, и с поверхности плёнки покрыты клетками колониальных диатомей, среди которых во множестве развиваются другие диатомеи, колоний не строящие. Оттого и окраска «кораллов» становится палево-розоватой.

Эти структуры описаны нами впервые, и найдены пока только в озере Иссык-Куль, где они формируют облик донного ландшафта на каменистых участках дна – огромных по площади.

На примере таких «кораллов» мы видим, как в огромном озере строятся крупные, хорошо различимые глазом структуры, простирающиеся на многие десятки километров, и образуют их сообщества организмов, видимых только с помощью сильных увеличений микроскопа. И именно эти структуры формируют облик дна. Биоплёнки Иссык-Куля, в составе которых микроорганизмы живут в окружении специфических биополимеров, ими выделяемых, бывают очень разными. Но во всех случаях такие полимеры помогают микробам строить устойчивые, практически всегда эндемичные для озера  сообщества с развитой архитектурой.

Фотогалерея к этому исследованию.