Изменение климата повысило риск красных приливов в Чукотском море

Фотосинтезирующие динофлагелляты Alexandrium catenella, виновники опасных для морских обитателей и человека красных приливов, оказались широко распространены в Чукотском море. Исследователи обнаружили здесь рекордную концентрацию покоящихся цист этих организмов, а также стали свидетелями бурного размножения их вегетативных клеток в течение теплых летних месяцев. Как отмечается в статье для журнала Proceedings of the National Academy of Sciences, прежде считалось, что A. catenella не вызывают в Чукотском море масштабного цветения — однако из-за климатических изменений цисты этих динофлагеллят теперь прорастают намного быстрее, а вегетативные клетки делятся интенсивнее.

Арктика сильнее других регионов мира страдает от последствий антропогенных изменений климата. В последние десятилетия температура воздуха здесь заметно выросла, а волны жары и природные пожары стали происходить намного чаще. Кроме того, существенно сократилась площадь морского льда. Все эти изменения сказываются на арктической экосистеме: исконным местным обитателям становится труднее выжить, а на их место приходят мигранты с юга.

Мелководное Чукотское море, которое расположено к северу от Берингова пролива, является одним из мест, где уязвимость арктической природы к климатическим изменениям особенно заметна. Из-за роста температур морской лед здесь все раньше тает весной и все позднее устанавливается осенью, а из Берингова моря в значительном количестве поступает более теплая и пресная вода.

Команда специалистов, которую возглавил Дональд Андерсон (Donald M. Anderson) из Океанографического института Вудс-Хол, предположила, что в теплеющем Чукотском море могут сложиться благоприятные условия для динофлагеллят Alexandrium catenella. Эти фотосинтезирующие одноклеточные организмы порой бурно размножаются, вызывая цветение воды — так называемые красные приливы. Поскольку A. catenella вырабатывают паралитические токсины моллюсков (PST), вспышки их численности могут приводить к массовой гибели морских животных. Нередко страдают и люди, поедающие отравленные динофлагеллятами морепродукты.

Ближайшее к Чукотскому морю место, где в большом количестве обитают A. catenella — воды у Алеутских островов и юго-восточного побережья Аляски. Здесь случаи массового размножения этих организмов фиксируются уже более 200 лет. Насколько широко A. catenella распространены к северу от Берингова пролива, долгое время оставалось неясным. Лишь относительно недавно исследователи проанализировали донные отложения Чукотского моря и обнаружили в них высокие концентрации покоящихся цист данного вида (A. catenella проводят большую часть жизненного цикла в виде цист, а при благоприятных условиях формируют вегетативные клетки, которые фотосинтезируют и размножаются бесполым путем). Кроме того, в местных водах были обнаружены многочисленные вегетативные клетки этих динофлагеллят. Предполагается, что в последние 65 лет A. catenella периодически вызывали красные приливы в Чукотском море, однако до сих пор они не были достаточно масштабными, чтобы нанести серьезный вред местной экосистеме и экономике.

В 2018 и 2019 году Андерсон и его коллеги провели ряд экспедиций в Чукотском море, чтобы более точно оценить численность местной популяции A. catenella. В результате им удалось выяснить, что цисты данного вида широко распространены от Берингова пролива до моря Бофорта. Их ареал простирается по крайней мере на 150 километров к западу от побережья Аляски — и, вероятно, продолжается в российских водах, которые остались неисследованными. Самая высокая концентрация цист была отмечена в двух районах: в заливе Ледьярд (17 600 клеток на квадратный сантиметр) и в окрестностях города Уткиагвик (Бэрроу) (14 800 клеток на кубический сантиметр). Общая площадь этих участков составила 145 600 квадратных километров и 128 100 квадратных километров соответственно (при расчете площади учитывались территории, где концентрация цист выше 300 клеток на кубический сантиметр). По мнению авторов, зона высокой концентрации цист A. catenella в Чукотском море — самая обширная в мире. Плотность цист здесь также достигает рекордных значений.

Во время экспедиций в августе-сентябре 2018 и 2019 годов исследователи столкнулись с интенсивным размножением A. catenella в водах Чукотского моря. В 2018 году вода особенно активно цвела в заливе Ледьярд, вдоль 200 километров побережья и на полосе шириной 150 километров вглубь океана — а также, вероятно, в российских водах. Концентрация вегетативных клеток здесь составила около 5000 на литр, что на порядок выше порога, который считается опасным. В 2019 году картина цветения была немного иной. В начале августа максимальная концентрация вегетативных клеток была отмечена к юго-западу от мыса Пойнт-Хоп (8200 на литр), а несколько недель спустя — в заливе Ледьярд (1000-2600 на литр). Авторы полагают, что высокая концентрация цист и клеток в заливе Ледьярд отчасти связана с тем, что в этом районе прибрежное течение, идущее из Берингова моря, замедляется, позволяя клеткам опуститься на дно.

Андерсон и его соавторы выдвинули гипотезу, согласно которой бурное размножение A. catenella в Чукотском море может быть связано с необычно высокими температурами. Чтобы проверить эту идею, они собрали образцы покоящихся цист данного вида в заливе Ледьярд. В лаборатории их инкубировали до прорастания в воде с различной темпераутурой от 0,4 до 8,5 градуса по Цельсию. Затем эти данные сопоставили с информацией о связи между температурой воды и скоростью прорастания цист для A. catenella с восточного побережья США. В результате выяснилось, что для прорастания покоящаяся циста должна накопить примерно 85 градусо-дней. На следующем этапе авторы оценили скорость размножения вегетативных клеток A. catenella при разной температуре. Оказалась, что динофлагелляты из Чукотского моря активнее всего делятся при температуре в 18 градусов Цельсия.

Сопоставив полученные данные с информацией о гидрологических и температурных условиях в Чукотском море, исследователи пришли к выводу, что основная масса цист A. catenella здесь прорастает в период с середины июля по сентябрь. Вегетативные клетки, которые наблюдаются в Чукотском море за пределами этого временного диапазона продолжительность два с половиной месяца, скорее всего, приносятся сюда течением из Берингова моря.

В августе вода в заливе Ледьярд прогревается до восьми градусов Цельсия, так что цисте A. catenella требуется около десяти дней, чтобы прорасти. Севернее, в окрестностях Уткиагвика, вода в августе прогревается до трех градусов, так что цистам для прорастания требуется уже 28 дней. При этом с 1999-2003 по 2014-2018 годы средняя температура воды в заливе Ледьярд выросла с 4,2 градуса Цельсия до 6,8 градуса Цельсия, а в окрестностях Уткиагвика — с 2,1 до 3,8 градуса Цельсия. Расчеты показывают, что в ответ на эти изменения цисты динофлагеллят стали прорастать в 1,6 и 1,8 раза быстрее соответственно.

В целом авторам удалось установить, что A. catenella широко распространились в Чукотском море и в летние месяцы достигают очень высокой численности. При этом рост температуры воды из-за климатических изменений заметно повысил вероятность бурного размножения этих динофлагеллят. Исследователи полагают, что, учитывая рекордную плотность цист A. catenella в Чукотском море, этот регион в ближайшем будущем начнет испытывать ежегодные вспышки массового размножения динофлагеллят. Это серьезная угроза для местных экосистем и экономики.

Изменения климата оказывают существенное влияние на экосистемы и на другом конце Земли — в Антарктиде. Например, зеленые снежные водоросли уже заняли 1,95 квадратного километра Антарктического полуострова, а их сухая биомасса достигла 1,3×10³ тонн. С дальнейшим повышением температуры воздуха над континентом ожидается как угнетение водорослей в более низких широтах, так и их продвижение в сторону высоких широт, что в среднем должно привести к общему приросту площади и биомассы.

Сергей Коленов