Главная – Журналы – Сибирский экологический журнал 2006 номер 1

Охарактеризованы роль Г. Г. Винберга в становлении и развитии продукционной гидробиологии, а также современное состояние этой научной дисциплины, являющейся основой теории функционирования водных экосистем. Отмечено, что для дальнейшего развития теории необходимо изучение информационных потоков и сетей в экосистемах.

В работе представлен аналитический обзор материала, касающегося новейшей концепции современной биологии - экологической стехиометрии. Основу концепции составляет изучение баланса энергии и элементного химического состава в экологических взаимодействиях. В рамках нового подхода удается объяснить ряд особенностей поведения систем типа "хищник-жертва", вызывающих трудности интерпретации с позиции классических представлений. Наиболее перспективным направлением стехиометрического подхода можно считать исследования пелагических экосистем, в которых существует теснейшая связь между биогенными элементами (N, P), фито- и зоопланктоном; планктон функ­ционирует как единое целое за счет непрерывной рециркуляция биогенных элементов. Вместе с тем прогресс в понимании устройства и функционирования водных экосистем возможен лишь в случае удачного синтеза нового подхода с известными биологическими механизмами взаимодействия

В лабораторных экспериментах определяли удельную скорость популяционного роста культур двух видов Daphnia longispina и Daphnia cucullata, выделенных из популяций, адаптированных к повышенному содержанию a-линоленовой кислоты в сестоне эвтрофного водоема при их питании разнокачественным сестоном из того же водоема. Концентрации органического углерода, органического азота, суммарного фосфора в сестоне кормовой смеси, а также их молярные соотношения не повлияли на скорость роста дафний. Сильная, достоверная статистическая зависимость скорости роста дафний от полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) семейства w3 найдена только от эйкозапентаеновой кислоты (ЭПК), происходящей из эукариотических водорослей. Полученные данные вкупе с результатами предыдущих полевых исследований свидетельствуют о широких границах адаптации популяций дафний к биохимическому составу корма в водоемах, где в течение сезона происходит смена доминантов фитопланктона с разным составом и содержанием основных ПНЖК.

В вегетационные сезоны 1997-2000 гг. оценивалась новым прямым методом на основе учета мертвых особей и измерения скорости их оседания с помощью седиментационной ловушки не связанная с хищниками (естественная) удельная смертность двух доминантных видов зоопланктона - Daphnia longispina (в один год D. cucullata) и Cyclops vicinus. Одновременно измеряемые экологические факторы: температура воды, рН, растворенный кислород, биомасса цианобактерий, диатомовых, зеленых и эвгленовых водорослей, процентное содержание в сестоне полиненасыщенных жирных кислот семейства w3 - эйкозапентаеновой (ЭПК) и альфа-линоленовой рассматривались как возможные причины смертности при проведении мультивариантного канонического корреляционного анализа. Токсичность воды из-за "цветения" цианобактерий в водоеме была исключена на основе ранее проведенного исследования. Обнаружено, что уровень ЭПК, отрицательно коррелирующий с удельной естественной смертностью Daphnia, является наилучшим предиктором последней и более 50 % вариабельности смертности может быть связано с этим фактором. Также получено достоверное отрицательное влияние на смертность дафнии биомассы зеленых водорослей, хотя и менее существенное, чем влияние ЭПК и альфа-линоленовой кислоты. В то же время часть дисперсии не связанной с хищниками удельной смертности дафнии и вся дисперсия этой же смертности циклопа остаются необъясненными и нуждаются в дальнейших исследованиях.

Приведены результаты многолетних (1989-2003 гг.) исследований седиментационных процессов и участия в них зоопланктона на примере двух озер Беларуси (Нарочь и Святское). Несмотря на то что исследованные озера существенно различаются по целому ряду гидрологических и продукционных параметров, величины седиментационных потоков в них удивительно близки - (1,11 ± 0,95) и (0,9 ± 0,69) г сухой массы/(м^{2 .} сут) в озерах Нарочь и Святское соответственно.
В результате метаболической активности зоопланктона взвешенные в толще воды мелкодисперсные частицы трансформируются в более крупные агрегаты - фекальные пеллеты и фекальные образования. Морфология фекалий разных групп пресноводного зоопланктона различна. Copepoda образуют плотно упакованные, окруженные перитрофической мембраной, осаждающиеся с высокой скоростью пеллеты. Фекальный материал Cladocera не оформлен, мембрана отсутствует, плотность и скорость его седиментации ниже, чем у Copepoda. Анализ содержимого фекальных пеллет при помощи конфокального лазерного сканирующего микроскопа показал, что во многих случаях потребленные веслоногими ракообразными клетки планктонных водорослей, проходя через пищеварительный тракт, не разрушаются и, судя по внешнему виду, сохраняют жизнеспособность.

В небольшом водохранилище, в котором в течение двух лет отсутствовали дафнии, проведена биоманипуляция "top-down" путем интродукции щуки и изъятия основного планктофага - карася. После биоманипуляции прекратилось "цветение" воды цианобактерией Microcystis во второй половине лета. Очевидно, наблюдаемый эффект был достигнут за счет прекращения прямой стимуляции "цветения" рыбами-планктофагами, а не через трофический каскад. Между тем "цветение" воды Anаbaenа в первой половине лета сохранилось. Эффект прямого стимулирования роста Microcystis и ингибирование Anаbaenа карасем ранее обнаружены в лабораторных экспериментах. Вывод о прекращении "цветения" воды за счет Microcystis в водохранилище именно в результате снижения стимулирующего влияния рыб-планктофагов подтвержден расчетами на математической модели. Вместе с тем показано, что с "цветением" воды цианобактерией Anаbaenа следует бороться иными способами, например через трофический каскад с участием дафний или биоманипуляцией "bottom-up".

Проведен анализ литературы, посвященной применению белого толстолобика Hypophthalmichthys molitrix (Valenciennes, 1844) для предотвращения массового развития синезеленых водорослей и экспериментальному изучению спектра питания белого толстолобика. Рассмотрены условия, при которых вселение H. molitrix может приводить к заметному снижению уровня цветения воды. Сделаны практические и теоретические рекомендации по вселению белого толстолобика в подогретые воды сибирских водоемов-охладителей.

Ранее автором опубликованы две книги и статьи, в которых изложены концептуальные основы новых научных дисциплин - биохимической экологии и биохимической гидробиологии. Эти направления научных исследований включают в себя изучение роли химических веществ в межорганизменных взаимодействиях, в коммуникации и регуляции надорганизменных систем. Другая часть биохимической экологии связана с изучением судьбы и трансформации внешних по отношению к организму химических веществ, когда они взаимодействуют с организмами. Для биохимической экологии представляют интерес и природные соединения, и синтезированные человеком вещества. Основные концепции биохимической экологии включают в себя понятия экологических хемомедиаторов и экологических хеморегуляторов, которые уже вошли в арсенал современных концепций и используются в современной экологической литературе. Приложение биохимической экологии к водным экосистемам создает основу для развития биохимической гидробиологии.

Исследовано действие собственных продуктов жизнедеятельности вида Moinа brachiata, а также продуктов сосуществующего в природе, экологически близкого конкурирующего вида Moinа macrocopa и крупного вида Daphnia magna на смену способа размножения, ювенильный соматический рост и плодовитость самок M. brachiata. Виды и параметры выбраны так, чтобы оценить специфичность веществ, ответственных за индукцию смены способа размножения. Показано, что вода скопления от всех трех видов не влияла ни на удельную скорость ювенильного соматического роста, ни на размер первой партеногенетической кладки у M. brachiata. В то же время в воде скопления собственных метаболитов вида зафиксированы смена способа размножения и образование покоящихся яиц. Это дает основание предположить, что индукция диапаузы вызвана специальными веществами видоспецифичного характера.

Рассмотрены распределение, суточная изменчивость, агрегации зоопланктона в литоральной зоне озер и влияние различных видов макрофитов на структуру его сообщества. Показано, что горизонтальные миграции зоопланктона, как прямые, так и обратные, вызваны главным образом прессом рыб. Влияние хищного зоопланктона имеет меньшее значение и в основном направлено на мелкие виды. Выраженность горизонтальных миграций зоопланктона уменьшается с глубиной, а эффект "избегания берега" наблюдается у крупных видов зоопланктона и вызван не только прессом рыб, но и другими, по всей видимости абиотическими, факторами. Проблема взаимодействия между макрофитами и зоопланктоном не может быть сведена только к роли макрофитов как убежища. Остаются неясными аллелопатические свойства макрофитов, конкурентные отношения между отдельными видами зоопланктона в зарослях макрофитов, а также влияние на зоопланктон беспозвоночных-хищников, ассоциированных с макрофитами. Неизвестна также роль макрофитов как фактора, изменяющего гидродинамические процессы в литорали озер.

Рассмотрены система биоценотических связей в сообществах и концепция консорции. Предложено выделение ценотической консорции в дополнение к индивидуальной. Рассмотрены вопросы приложения концепции ценотической консорции к изучению структуры сообществ в связи с их локализацией в биоценотическом градиенте.

На примере верхнеенисейских глубоко- и мелководных водохранилищ рассмотрено влияние мелководной зоны на инициацию "цветения" воды сине-зелеными водорослями. Показано, что глубоководные каньонные водохранилища с плохо развитой литоральной зоной не подвержены "цветению" воды или оно возникает только в мелководных частях водохранилищ.