Различные диатомовые водоросли из Южного океана — районов близ Антарктики. Фото © Prof. Gordon T. Taylor, Stony Brook University, USA с сайта beyondpenguins.nsdl.org «Всё есть везде, но среда отбирает» («everything is
everywhere but the environment selects») — это правило, хорошо известное
микробиологам, в значительной мере справедливо и по отношению к морским
планктонным водорослям. К такому выводу пришли недавно исследователи
на основе сравнительного анализа видового состава диатомовых водорослей из
разных районов Мирового океана за последние 1,5 миллиона лет.
Когда мы говорим о географическом распределении
животных и растений, то подразумеваем, что любой вид характеризуется
определенной областью распространения — ареалом. Африканский слон обитает
в Африке, а азиатский (индийский) в Юго-Восточной Азии. Разные виды страусов
живут в Африке, Южной Америке и Австралии. Да и в пределах одного
континента разные виды растений и животных имеют разные ареалы —
у некоторых они весьма обширные, а у других — очень узкие.  Различные диатомовые. Фото с сайта www.micrographia.com
Однако когда мы переходим к организмам
микроскопических размеров — к бактериям и простейшим, то установить
границы областей их географического распространения оказывается уже очень
непросто. Создается впечатление, что все виды микроорганизмов могут быть найдены
везде или почти везде. К примеру, гнилостные бактерии, осуществляющие
разложение органического вещества, встречаются повсеместно. Кусок мяса,
оставленный вне холодильника, стухнет в любом месте. Но повсеместность
распространения свойственна и очень специализированным бактериям. Так, если в
каком-то водоеме в определенном слое присутствует в значительном
количестве органическое вещество и сульфаты и при этом отсутствует кислород
(анаэробные условия), то наверняка там проявят себя сульфатредуцирующие бактерии,
которые будут получать необходимую для них энергию, восстанавливая сульфаты до
сульфидов. Короче, если есть подходящий субстрат и есть подходящие условия, то
бактерии, живущие за счет потребления этого субстрата, найдутся в любом
месте.
Если от бактерий перейти к несколько более крупным
существам — простейшим (одноклеточным эукариотам), то для них,
в отличие от бактерий, порой можно выявить определенные ареалы
распространения, хотя, как правило, они очень обширные. Во всяком случае,
это справедливо в отношении организмов, живущих в океане (например,
планктона), где нет барьеров между отдельными водными бассейнами. Но
в какой степени распределение микроскопических планктонных водорослей по
акватории Мирового океана определяется особенностями их расселения, а
в какой — наличием в тех или иных районах подходящих для них условий?
Попытку ответить на этот вопрос предприняли недавно Педро Серменьо и Поль
Фальковски (Paul G. Falkowski) из Института морских и прибрежных
исследований (Institute of Marine and Coastal Sciences) Университета
Ратгерса в Нью-Джерси (США). Объектом их исследований были диатомовые водоросли — повсеместно встречающиеся
мелкие организмы, имеющие изящный панцирь из кремнезёма. Детали строения этого
панциря, хорошо видные под микроскопом (особенно сканирующим), позволяют
специалистам довольно легко определить их до вида. Панцири диатомовых
в большом количестве попадают в донные отложения, а анализ колонок грунта
позволяет проследить за изменениями видового состава диатомовых за
продолжительное время — за тысячи и даже миллионы лет.
Рис. 1. Палеогеографическая реконструкция раннего плейстоцена (примерно 1,8 млн лет тому назад). На карте показаны точками места бурения дна, откуда получены пробы, использованные в данной работе (разным цветом обозначены разные океаны). Стрелками показано направление основных поверхностных течений. Наиболее вероятные пути расселения водорослей: 1) между северными умеренными секторами Атлантики и Пацифики — через Индонезийский проход (Indonesian through-flow, ITF) и течение мыса Игольного (Aghulas current, AC); 2) между Северной Атлантикой и Южным океаном — непосредственно по Атлантическому океану; 3) путь по Южному океану непосредственно к Антарктиде — по Антарктическому циркумполярному течению (Antarctic circumpolar current, ACC). Рис. из обсуждаемой статьи в Science Свой анализ Серменьо и Фалковски основывали на базе
данных, включающих результаты глубоководного и прибрежного бурения дна
в разных точках Северной Атлантики, Северной Пацифики (Тихого океана) и из
разных секторов Южного океана, то есть океана, окружающего Антарктиду
(рис. 1). Всего в распоряжении исследователей были сведения о
235 группировках диатомовых водорослей, в составе которых было
307 видов из 70 родов. Время образования осадков (и, соответственно,
период времени, для которого удалось проследить за изменениями состава
водорослей) охватывало 1,5 миллиона лет — с раннего плейстоцена
до современности.
Рис. 2. Степень сходства сообществ диатомовых водорослей, обитавших в разное время в одном месте.Отдельные точки на графике соответствуют сходству проб из разных слоев донных отложений (разного времени существования их в планктоне). По абсциссе — разница во времени между пробами (в миллионах лет). По ординате — коэффициент сходства видового состава сообществ. Отдельные графики построены для трех станций в разных океанах: Северной Атлантике, Северной Пацифике и Южном океане. Во всех местах прослеживается одна и та же зависимость: чем дальше во времени отстоят друг от друга пробы (чем больше временной лаг), тем сильнее отличаются по видовому составу сообщества. Однако, в целом, изменения происходят медленно и они незначительны. Рис. из обсуждаемой статьи в Science Чтобы для группировок видов из разных слоев проследить
за тем, насколько сильно в одном месте меняется со временем видовой
состав диатомовых, исследователи подсчитали величину коэффициента сходства (так
называемый индекс Жаккара, широко используемый экологами для
количественной оценки сходства разных сообществ). Оказалось, что
с увеличением интервала времени между существовавшими группировками
диатомовых их сходство постепенно снижалось (рис. 2). Время, необходимое
для полной смены видов, согласно расчетам авторов, варьировало от 2 до 8
миллионов лет.
Рис. 3. Различия между сообществами диатомовых из разных районов Мирового океана. A — результаты многомерного анализа показывают, что сообщества из Северной Пацифики (Pac) и Атлантики (Atl) отличаются довольно слабо друг от друга, но сильно от сообществ Южного океана (SO).B — степень расхождения сообществ по видовому составу. Попарное сравнение Южного Океана и Пацифики (SO–Pac), Южного океана и Атлантики (SO–Atl), Атлантики и Пацифики (Atl–Pac) показывает, сколь значимо сообщества диатомовых Южного океана отличаются от сообществ Атлантического и Тихого океана в умеренных широтах Северного полушария. Кружочки, треугольники и крестикисоответствуют разным интервалам времени, а именно от современности до 0,5 миллиона лет, от 0,5 до 1 миллиона лет, и от 1 до 1,5 миллионов лет. Рис. из обсуждаемой статьи в Science Помимо этого исследователи сравнили видовой состав
всех обследованных сообществ с помощью непараметрического многомерного
анализа. Результаты этого анализа (рис. 3) выявили слабые отличия между
сообществами диатомовых Северной Атлантики и Северной Пацифики, но сильные
отличия их от сообществ Южного океана. Обсуждая причины такого распределения
диатомовых, авторы указали на сходство условий в северных частях Атлантического
и Тихого океанов (по крайней мере в течение последних
1,5 миллионов лет). В Южном же океане условия отличаются — воды
более холодные, но богаче биогенными элементами. По-видимому, в Северном
полушарии фитопланктон ограничен в основном нехваткой азота, а
в Южном океане — нехваткой железа. Железо — крайне необходимый
для фитопланктона элемент, но в океан он попадает только с пылью
с континентов. Очевидно, этим объясняется и различие в ситуациях, которые
складываются в Южном океаническом полушарии и в Северном континентальном.
Авторы приходят к выводу, что диатомовые водоросли
способны к быстрому расселению по всему Мировому океану. Существующие же
различия между сообществами (на самом деле не очень большие — много видов
общих) определяются прежде всего различиями в условиях обитания. Таким образом,
основные факторы, ограничивающие географическое распределение диатомовых
водорослей в океане, в принципе отличаются от факторов, ограничивающих
распространение животных и растений на материках.
Источник: Pedro Cermeño, Paul G. Falkowski. Controls on Diatom Biogeography in the Ocean (полный текст — PDF, 320 Кб) // Science. 2009. V. 325. P. 1539–1541.
|
