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».
-
Южное побережье озера Иссык-Куль каменистый берег
-
Валуны на южном побережье озера Иссык-Куль, уходящие в воду.
-
Валуны на мелководьях южного берега озера Иссык-Куль, покрытые бурыми биоплёнками
-
Валун на мелководьях, покрытый биопленками, формирующими кораллоподобные структуры
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.
-
Кораллоподобные структуры, минерализованные биоплёнки, покрывающие валуны на глубине 5 м
-
Минерализованные кораллоподобные структуры, покрывшие россыпь камней на глубине 5 м
-
Мощный слой кораллоподобных структур, одеващий валуны на глубине 5 м
-
Ветвистые кораллоподобные структуры, покрывающие камни на глубине 5 м
-
Крупный валун, покрытый развитыми кораллоподобными структурами на глубине 5 м
-
Складчатая поверхность кораллоподобной структуры, глубина 5 м
-
Сильно разветвлённая, складчатая поверхность кораллоподобной структуры на глубине 5 м.
-
Валуны на глубине 5 м, покрытые развитыми кораллоподобными структурами
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.
-
Развитые коралловидные структуры, покрывающие валуны на глубине 15 м
-
Развитые коралловидные структуры, покрывающие валуны на глубине 15 м
-
Регулярно расположенные элементы коралловидной структуры, покрывающей валуны на глубине 15 м
-
Разностепенно развитые кораллоподобные структуры, покрывающие валуны на глубине 15 м
-
Поверхность развитой коралловидной структуры на глубине 15 м.
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.
-
Фрагмент поверхности кораллоподобной структуры, снятый с помощью сканирующего электронного микроскопа
-
Фрагмент поверхности кораллоподобной структуры, снятый с помощью СЭМ, булавовидные клетки Gomphonema эллиптические Mastogloia
-
Фрагмент поверхности коралловидной структуры, снятый с помощью СЭМ, видны клетки диатомей.
-
Клетки диатомей из рода Gomphonema на поверхности кораллоподобной структуры, снято с помощью СЭМ
-
Клетки диатомей из рода Achnanthidium, притопленные в биополимерный матрикс
-
Фрагмент поверхности кораллоподобной структуры, снимок СЭМ, в трещине в матриксе видны колония диатомей Encyonopsis
-
Фрагмент колонии диатомей из рода Encyonemopsis, различимой сквозь трещину в матриксе
-
Фрагмент поверхности кораллоподобной структуры при большом увеличении, снимок СЭМ
-
Фрагмент поверхности кораллоподобной структуры, фото СЭМ, в трещине в матриксе видна колония Encyonopsis
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.
-
В правой части снимка, сделанного при большом увеличении светового микроскопа, видны колонии зеленой микроводоросли Chormotila
-
Колония зелёной микроводоросли Chormotila
-
Колонии диатомей на поверхности кораллоподобной структуры, снимок на СМ
-
Микроколония диатомей из рода Achnanthidium, погружённых в биополимерный матрикс.
-
Цианобактерии из рода Calothrix, одетые в многослойные пигментированные чехлы
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.