Микрофиты разнотипных локаций оазиса Бангера (Восточная Антарктида)
Сапожников Ф.В.1, Калинина О.Ю.2 Philipp V. Sapozhnikov1, Olga Yu. Kalinina2
1Институт океанологии им.П.П. Ширшова РАН (Москва, Россия)
УДК 574.589+58.009+579.262
Оазисы Антарктиды – это уникальные ландшафтные композиции, расположенные на континенте и иногда на значительном расстоянии от побережья. Это участки безледниковых скал и озер, которые летом свободны от снега и характеризуются высоким своеобразием условий формирования сообществ живых организмов. Наши исследования, проведенные в самых разнообразных водных биотопах оазиса Бангера, впервые позволили выявить состав и структуру альгоценозов этих мест обитания, для которых мы отметили в общей сложности 150 видов и подвидов микрофитов, а также установить их общие черты и характерные различия. Ключевые слова: микрофиты; цианобактерии; озёра; Антарктида; оазис Бангера.
Введение Оазисы Антарктиды являют собой уникальные ландшафтные композиции, расположенные внутри континента и, в ряде случаев, на значительном расстоянии от берегов. Это участки непокрытых ледником скал и озёра, свободные от снега в летний период и отличающиеся высоким своеобразием условий для формирования сообществ живых организмов. Каждый оазис в значительной степени уникален: как по абиоте, так и по составу и структуре населяющих его ценозов. Развивающиеся на этих пространствах сообщества населяют экстремальные биотопы, главной отличительной чертой которых – и лимитирующим фактором для формирования многовидовых экосистем – является низкая температура. Все виды, населяющие эти биотопы, отличает повышенная криотолерантность. Как показали наши наблюдения на примере альгоценозов оазиса Бангера, несмотря на сравнительно низкое видовое богатство, здесь развиваются ценозы с выраженной пространственной иерархией, отражающей не только индивидуальные адаптации видов, но и групповые черты приспособленности организмов на уровне устойчивых ассоциаций и целых сообществ. Оазис Бангера – комплекс скальных ландшафтов, перемежающихся разноразмерными пресными озерами – расположен в нескольких десятках километров от морского побережья (края шельфового ледника) и со всех сторон окружен многометровыми тысячелетними льдами. Наши исследования, выполненные на самых разных биотопах этого участка, позволили выявить состав и структуру альгоценозов этих местообитаний, а также установить их общие черты и характерные различия. Прежде нашими коллегами из Польши и Австралии уже были выполнены гидробиологические наблюдения в некоторых водоемах этого свободного от ледника участка суши (Filcek, Zieliński, 1990; Gibson, 2000), отчасти пролившие свет и на микрофитные сообщества. Целью нашего исследования было выявление состава, структуры и отчасти пространственной организации разнотипных водных местообитаний оазиса Бангера в летний период, а также установление возможных типов микрофитных сообществ, приуроченных к тем или иным биотопам. Результаты наблюдений, охватывающие полный видовой состав микрофитов для каждого биотопа, нами были получены для оазиса Бангера впервые.
Материал и методы Материал, на котором был выполнен анализ видовой и пространственной структуры альгоценозов оазиса Бангера, был собран в ходе 62ой и 63ей Российских антарктических экспедиций ААНИИ, в летние сезоны 2016–2017 и 2017–2018 гг. В обоих случаях материал отбирали в течение второй декады января. Пробы были взяты ручным методом, по разнотипным биотопам, разнесенным друг от друга на расстояния в сотни метров и километры. Общее расположение точек отбора материала на местности отображено на картосхеме (рис. 1). Всего было изучено 17 различных местообитаний (локаций) (табл. 1). При этом прибрежный биотоп оз. Фигурное в районе Российской антарктической станции Оазис был изучен в течение двух сезонов, а остальные местообитания – в сезон 63 РАЭ. Фотоснимки местообитаний, сделанные в ходе полевых маршрутов, приведены на рис. 2–18. Рис. 1. Расположение локаций отбора альгологического материала в пределах оазиса Бангера. Использована карта местности из Атласа Антарктики (1966). Жёлтые точки – локации в озёрах и относительно крупном ручье, красные – во временно обводнённых наземных местообитаниях и в узком ручье, исчезающем среди камней Fig.1. Location of sampling sites on the Bunger Hills. A map from the Antarctic Atlas (1966) was used. Yellow dots – locations in lakes and a relatively large stream, red ones in temporarily flooded land habitats and in a narrow stream disappearing among the stones
Для ряда локаций, располагавшихся в пределах наиболее крупных водоемов, были изучены гидрофизические (температура воды) и некоторые гидрохимические характеристики. Результаты этих исследований, полученные и предоставленные авторам И.А. Гангнусом, сотрудником Географического ф-та МГУ им. М.В. Ломоносова, приведены в табл. 2. Анализ проб микроэпилитона и цианобактерильных матов проводили исключительно в живом состоянии, на сырых препаратах, используя рабочие увеличения х400 и х1000 светового микроскопа Carl Zeiss Primo Star, предназначенного для полевых исследований. При этом с помощью встроенной цифровой камеры высокого разрешения производили фотодокументирование фрагментов сообществ для дальнейшего анализа их пространственной организации. Наблюдения, совмещающие прижизненный анализ состава и структуры микрофитных сообществ разнотипных водоемов с параллельным фотодокументированием материала, были осуществлены для оазиса Бангера впервые.
Таблица 1. Локации в пределах водных местообитаний оазиса Бангера, где были изучены микрофитные сообщества. В локации 1 пробы были взяты в 2017 г., в остальных локациях – в 2018 г. Table 1. Locations within the water habitats of the Bunger Hills, where microphyte communities were studied. In the location number 1 samples were taken in 2017, in other locations – in 2018
Табл. 2. Абиотические характеристики некоторых водных местообитаний (локаций) в точках отбора проб альгологического материала Table 2. Abiotic characteristics of some water habitats (locations) at the sampling sites of algological material
Рис. 2. Прибрежные каменистые мелководья оз. Фигурное, р-н Российской антарктической станции Оазис Бангера
Рис. 3. Место отбора проб микрофитобентоса (микроэпилитона) на оз. Фигурное
Рис. 4. Ручей, впадающий в озеро Фигурное: цианобактериальный мат на каменном дне
Рис. 5. Озеро № 1
Рис. 6. Озеро № 1: береговой ландшафт. На переднем плане виден цианобактериальный мат, покрывающий камни, обнажившиеся под влиянием сгонных ветров
Идентификацию таксономической принадлежности микрофитов проводили по фотоснимкам, выполненным в разных фокальных плоскостях для лучшего отображения структуры клеток, колоний и трихомов. Для установления видовой принадлежности микроорганизмов использовали современные атласы и определители, в том числе интерактивные (Komarek, Anagnostidis, 1999, 2005; Hindak, 2009; Komarek, 2013; Antarctic Freshwater Diatoms; Phyto`pedia…). Рис. 7. Цианобактериальный мат на сгонно-нагонной полосе озера № 1. Во время непериодических сгонных ветров мат обнажается, высыхает и, растрескиваясь, дробится на мелкие части. Затем при обводнении под влиянием нагонных ветров оживает снова, и его фрагменты продолжают рост Fig. 7. Cyanobacterial mat on the driving and surge zone of lake number 1. During non-periodic winds, the mat is exposed, dries out and, cracking, is crushed into small pieces. Then, when watering under the influence of surge winds, comes to life again, and its fragments continue to grow
Рис. 8. Цианобактериальные корочки, покрывающие камни на мелководьях озера № 1
Рис. 9. Озеро № 2
Рис. 10. Прибрежный биотоп озера № 2: камни на дне покрыты цианобактериальным матом
Рис. 11. Цианобактериальный мат на мелководьях озера № 2. Фрагменты, выступающие над поверхностью воды и лежащие на дне различны как макроморфологически, так и по альгологической структуре
Рис. 12. Литоральная ванна на озере № 3
Рис. 13. Озеро Долгое. Вид с близлежащей высокой точки
Рис. 14. Прибрежный биотоп озера Долгое
Рис. 15. Оазис Бангера: ручей в долине между бухтой Извилистая и озером № 1
Рис. 16. Озеро № 3
Рис. 17. Озеро № 4
Рис. 18. Озеро № 5
Необходимо уточнить, что в данном исследовании не принимали во внимание гетеротрофных жгутиконосцев, поскольку съемка их, постоянно пребывающих в движении, в полевых условиях была затруднена, а детальных руководств к их идентификации в Антарктике пока не создано. Для статистической обработки полученных результатов использовали пакет программ статистического анализа экологических данных PRIMER-6.
Результаты и обсуждение Исследования микроэпилитона камней на дне различных водоемов, альго-бактериальных матов и оброста, сопутствовавшего мхам и лишайникам оазиса Бангера, показали присутствие микрофитных сообществ на шестнадцати из 17 изученных локаций. В местообитании № 7, на каменистых мелководьях бухты Извилистой, были отмечены только бактериальные пленки – в их составе не было ни эукариотических микрофитов, ни цианопрокариот. Для остальных местообитаний, представленных различными биотопами, идентифицировано в общей сложности 150 видовых и внутривидовых таксонов. Среди них 34 относились к диатомеям (Bacillariophyta, 22,67% от всей микрофитной флоры), 5 – к харофитам (Charophyta, 3,33%), 6 – к зеленым микроводорослям (Chlorophyta, 4,00%), 101 – к цианобактериям (Cyanobacteria, 67,33%), 1 – к гаптофитам (Haptophyta, 0,67%) и 3 – к охрофитам (Ochrophyta, 2,00%). По численности и объему талломов ощутимо преобладали цианобактерии, большинство из них были представлены трихомными формами. В большинстве местообитаний именно нитчатые цианобактерии формировали структурную основу сообществ (разнонитчатый матрикс, «джунгли» микрофитных ценозов). Только в ценозе локации 13, в эпилитоне на дне ручья, текущего из озера № 1 в бухту Извилистую, матрикс сообщества формировали золотисто-рыжие пальмеллевидные макроколонии хризомонады Chrysoreinhardia feldmannii. Здесь росли и колонии ностоков (Nostoc microscopicum), и политрихомные конгломерации Microcoleus vaginatus, однако их вклады в структуру и пространственную организацию ценоза были незначительны – они лишь носили характер вкраплений на фоне гигантских пленчатых колоний вида-эдификатора, различимых невооруженным глазом. Высшие таксоны (в данном случае – таксономические группы в ранге типа микрофитов) были представлены по локациям не повсеместно. Распространение этих таксономических групп – в % от общего числа локаций, где были отмечены микрофиты – представлено в табл. 3. Наибольшим разнообразием местообитаний и сопутствующих биотопов отличались цианобактерии, за ними следовали диатомеи (3/4 местообитаний) и харофиты (в половине местообитаний). В свою очередь гаптофиты, представленные единственным видом Ruttnera lamellosa, были отмечены только в 10ой локации, в эпилитоне камней на прибрежных мелководьях озера № 5.
Таблица 3. Распространение высших таксономических групп (в ранге типа) по выборке изученных локаций (% от общего числа местообитаний, где были отмечены микрофиты) Состав флоры локаций на уровне таксономических групп, их представленность различным числом видов по локациям, а также локальное богатство микрофитной флоры для каждого из 16 местообитаний (α-разнообразие) приведены в табл. 4. При этом обращает на себя внимание тот факт, что α-разнообразие колебалось в пределах от 2 до 35 видов (табл. 4), в среднем составляя 18,81 таксонов – для биотопов континентальной Антарктиды это немало (Singh, Elster, 2007; Singh et al., 2008).
Таблица 4. Флора локаций: число видов и подвидов микрофитов, относимых к разным таксономическим группам (типам) и отмеченных в каждом из местообитаний, а также локальные показатели богатства флоры (α-разнообразие) Общий список видов, отмеченных по 16-ти локациям, представлен в табл. 5. Были встречены представители 59 родов. Средняя насыщенность родов видами была не слишком высокой – 2,54 вида на род. На этом фоне существенно выделялись некоторые рода цианобактерий: Nostoc – 13 видов, Leptolyngbya – 11, Gloeocapsa – 9, Oscillatoria – 8 и Chroococcus – 7. Среди диатомей особенно богато была представлена Hantzschia (6 видов и подвидов). Родов, отмеченных по выборке биотопов и локаций пятью видами, было 2, четырьмя – 5, тремя – 5, двумя – 10 и одним видом – 31, то есть немногим более половины (52,54%). С одной стороны, такое распределение говорит о высоком таксономическом разнообразии микрофитной флоры оазиса Бангера. С другой – об общей суровости условий обитания, поскольку около половины всех родов представлены лишь одним видом. Таблица 5. Состав микрофитной флоры различных водных местообитаний оазиса Бангера. ТАБЛИЦА ОТКРЫВАЕТСЯ ПРИ НАЖАТИИ НА ССЫЛКУ Table 5. The composition of the microfit flora of various water habitats of the Bunger Hills. THE TABLE CAN BE SEEN BY CLICKING ON THE LINK
Для цианобактерий был установлен самый широкий диапазон в распространении отдельных видов – от 6,25 до 56,25% для 16-ти местообитаний (табл. 6). В частности, максимально широко была распространена по водоемам оазиса Leptolyngbya antarctica – тонкотрихомный вид, образующий большие «войлочные» массивы из переплетённых чехлов своих трихомов. Такие массивы формировали «матрикс» более чем половины изученных ценозов, и L. antarctica являлась в них видом-эдификатором. Виды диатомей имели в целом менее широкое распространение по локациям (до 31,25%), среди них два – Hantzschia amphioxys var. muelleri и Luticola austroatlantica, подвижные формы, активно перемещающиеся внутри сообществ – выделялись наиболее широким распространением.
Таблица 6. Распространение видов разных таксономических групп (типов) по выборке изученных локаций (% от 16-ти местообитаний, на которых были отмечены микрофиты) Попытки выделить на качественном уровне группировки сообществ, соответствующие определенным биотопам, не принесли высоко достоверных результатов. Привлекая для анализа сходства сообществ все 150 видов и применив индекс сходства Съеренсена, мы получили среднее сходство на уровне 10,89% – это низкий уровень, т.е. сообщества сильно отличаются друг от друга по составу. В качестве фактора, способного влиять на сходство и различие ценозов по составу, были взяты биотопы. Мы сочли возможным выделить 6 типов биотопов: оброст поверхности камней на прибрежных мелководьях озёр (на MDS-диаграммах и дендрограммах обозначен как фактор «эпилитон камней в озере»), оброст на поверхности прибрежных камней, переходящий в маты («эпилитон камней и маты»), плавучие альго-бактериальные маты («альго-бактериальный мат»), оброст камней на дне ручьёв («эпилитон камней в ручье»), оброст лишайника на камне под водой («лишайник на камне под водой») и оброст мха, погруженного в воду («мох на дне временной лужицы»). При этом анализ сходства по алгоритму ANOSIM-1 (пакет программ PRIMER-6) показал общее влияние типа биотопа на различие между сообществами локаций на достоверном уровне (Global R = 0,402, p=1,4%). Явного преобладания межгрупповых различий над внутригрупповыми не просматривалось: ценозы в пределах одного типа биотопов различались между собой немного больше, чем между разными типами биотопов. Тем не менее можно условно выделить одну группировку, объединяющую эпилитные ценозы на камнях прибрежных мелководий озёр (см. MDS-диаграмму на рис. 19 и дендрограмму на рис. 20). Вернёмся, однако, к пониманию того факта, что существенная часть видов и подвидов (71, т.е. – чуть больше половины) в составе совокупной флоры была отмечена только в каком-нибудь одном местообитании. Эти виды вносят определённый статистический шум при анализе сходства станций. Для подтверждения гипотезы о существовании дискретной флористической группировки в эпилитоне мелководий озёр, при дальнейшем анализе мы исключили виды с высоко локальным распространением. Матрица сходства снова охватила 16 сообществ, распределенных по шести типам биотопов, но при этом были учтены 69 видов, отмеченных как минимум в двух, а как максимум – в 9 локациях. Рис. 19. MDS-диаграмма сходства сообществ по качественному составу. Использован индекс Съеренсена и все 150 видов общего состава флоры
Рис. 20. Дендрограмма сходства сообществ по качественному составу. Использован индекс Съеренсена и все 150 видов общего состава флоры
Процедуры многомерного шкалирования и кластеризации позволили снова выявить только одну относительно компактную группировку ценозов, также приуроченную к биотопам прибрежных каменистых мелководий озёр (рис. 21, 22).
Рис. 21. MDS-диаграмма сходства сообществ по качественному составу. Использован индекс Съеренсена и 69 видов, распространённых в 2–9 локациях
Рис. 22. Дендрограмма сходства сообществ по качественному составу. Использован индекс Съеренсена и 69 видов, распространённых в 2–9 локациях
Анализ ANOSIM-1 показал общие различия группировок на уровне, уже близком к высоко достоверному, однако внутригрупповые различия по-прежнему незначительно доминировали над межгрупповыми (Global R = 0,416; p=0,5%). Процедура SIMPER (пакет программ PRIMER-6) позволила выделить набор видов, характеризующих микроэпилитон в этих биотопах. Наиболее обычными в составе таких ценозов (при относительно низком внутригрупповом сходстве на уровне 24,85%) были 4 вида цианобактерий: две крупнотрихомные формы (Dichothrix austrogeorgica, Tolypothrix tenuis) и две тонкотрихомные (Leptolyngbya antarctica, Limnothrix vacuolifera). Кроме того, эти виды (в ряде случаев – наряду с Leptolyngbya vincentii, Leptolyngbya cf. foveolarum, Oscillatoria tenuis, Dichothrix gypsophila, Calothrix elsteri, Oscillatoria rupicola и Dichothrix orsiniana) формировали структурно-пространственную основу сообщества в виде «войлока» из тонкотрихомных талломов, армированного радиально ветвящимися пучками крупнотрихомных цианобактерий, таких как Dichothrix и Tolypothrix, а также длинными крупнотрихомными видами Oscillatoria, при движении разрыхляющими толщу «войлока». Дополнительную механическую пластичность и термостойкость таким сообществам придают колонии Chroococcus minutus, Chroococcus limneticus, Chroococcus minimus, Gloeocapsa alpina и Gloeocapsa biformis, играющие роль цементирующего компонента. Микрорыхление такого плотного оброста осуществляется за счет активного движения диатомей Navicula ectoris.
Выводы Сообщества микрофитов разнотипных местообитаний оазиса Бангера в летний период характеризуются существенным разбросом α-разнообразия (от 2 до 35 видовых и внутривидовых таксонов на локацию, в среднем – 18,81). Тем не менее, в большинстве изученных локаций были отмечены сложно организованные, многовидовые ценозы с выраженной пространственной иерархией. Относительно чёткой биотопической привязкой обладают только эпилитные ценозы прибрежных мелководий озёр. В целом же, при общем богатстве микрофитной флоры в 150 видовых и внутривидовых таксонов, среднее сходство ценозов разных локаций низкое. Это означает, с одной стороны, существенный разброс видов по местообитаниям, а с другой – высокое разнообразие в способах формирования сообществ на пространстве водоёмов оазиса Бангера, характеризующее микрофитный компонент его экосистемы, развивающийся в довольно экстремальных условиях существования, как весьма пластичный. Элементы структуры сообществ различных биотопов и некоторые виды микрофитов приведены на рис. 23–43, в Приложении к настоящей статье (ССЫЛКА на Приложение к статье).
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье. Личные вклады авторов в работу Идею о проведении комплексных исследований микрофитной флоры разнотипных водных местообитаний оазиса Бангера предложила и оформила О.Ю. Калинина. Она же смогла дважды организовать и осуществить свои выходы на местность и сбор материала в ходе 62 и 63 Российских Антарктических Экспедиций. В ходе полевых выходов ею были фотодокументированы биотопы оазиса Бангера, а во время первичного анализа материала в судовой лаборатории на НЭС «Академик Фёдоров» – отсняты на камеру микроскопа Karl Zeiss Primo Star HD сотни снимков, иллюстрирующих состав и пространственную структуру микрофитных сообществ, а также отдельные виды микроводорослей, цианобактерий и фитопротистов. В свою очередь, в лаборатории ИО РАН, Ф.В. Сапожниковым и О.Ю. Калининой была проведена идентификация видового состава сообществ разнотипных локаций. Далее Ф.В. Сапожников реконструировал пространственную структуру альгоценозов, а также произвёл статистическую обработку полученных данных о разнообразии микрофитной флоры. Личные вклады авторов в осуществление настоящего исследования можно рассматривать как 50:50%. Благодарности Авторы выражают благодарность Боженовой О.В. (ЗИН РАН) за консультации по отбору проб на озере Фигурном; Гангнусу И.А. (Географический ф-т МГУ им. М.В. Ломоносова) за предоставленную информацию о маршруте, озёрах и результаты гидролого-гидрофизических анализов, выполненных в локациях отбора альгологического материала на озёрах; Вендеровичу В.Н., начальнику 62 РАЭ за понимание и поддержку в экспедиции; Скородумову А.Н. за научный подход к маршруту на Бангер Хиллс; Чуруну В.Н. начальнику 63 РАЭ, за то, что он изыскал возможность для осуществления альгологических исследований на озёрах оазиса Бангера в сезон 2017–2018 гг.
Список литературы
Статья поступила в редакцию 28.12.2018
Об авторах Сапожников Филипп Вячеславович - Sapozhnikov Ph. V. кандидат биологических наук fil_aralsky@mail.ru Калинина Ольга Юрьевна - Kalinina O.Yu. младший научный сотрудник, ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет им.М.В.Ломоносова», Москва, Россия (Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia), Географический факультет, Лаборатория возобновляемых источников энергии bio-energymsu@mail.ru Корреспондентский адрес: 117997, Москва, Нахимовский проспект, д.36, Институт океанологии им. П.П.Ширшова РАН; телефон (499)124-79-96
ССЫЛКА НА СТАТЬЮ: Сапожников Ф.В., Калинина О.Ю. Микрофиты разнотипных локаций оазиса Бангера (Восточная Антарктида) // Вопросы современной альгологии. 2019. № 1 (19). С. 57–77. URL: http://algology.ru/1430 DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2019-1(19)-57-77
Уважаемые коллеги! Если Вы хотите получить версию статьи в формате PDF, пожалуйста, напишите в редакцию, и мы ее вам с удовольствием пришлем бесплатно. При перепечатке ссылка на сайт обязательна
Microphytes of different types of locations from Bunger Hills (Eastern Antarctica) Philipp V. Sapozhnikov1, Olga Yu. Kalinina2 1Shirshov Institute of Oceanology RAS, Moscow, Russia Oases of Antarctica are unique landscape compositions located within the continent and, at a considerable distance from the coast. These are areas of glacier-free rocks and lakes that are free from snow in the summer and are characterized by a high peculiarity of conditions for the formation of communities of living organisms. Our studies performed on a wide variety of biotopes of Bunger Hills revealed the composition and structure of algocenoses of these habitats, as well as to establish their common features and characteristic differences. Key words: microphytes; cyanobacteria; diatoms; Antarctica; Bunger Hills.
Authors Sapozhnikov Ph. V. ORCID - https://orcid.org/0000-0002-3239-6543 Shirshov Institute of Oceanology of RAS, Moscow, Russia fil_aralsky@mail.ru Kalinina O.Yu. ORCID - https://orcid.org/0000-0001-9446-9149 Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia bio-energymsu@mail.ru
References
ARTICLE LINK: Sapozhnikov Ph.V., Kalinina O.Yu. Microphytes of different types of locations from Bunger Hills (Eastern Antarctica). Voprosy sovremennoi algologii (Issues of modern algology). 2019. № 1 (19). С. 57–77. URL: http://algology.ru/1430 DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2019-1(19)-57-77
Dear colleagues! If you want to receive the version of the article in PDF format, write to the editor,please and we send it to you with pleasure for free. When reprinting a link to the site is required
К разделу ОБЗОРЫ, СТАТЬИ И КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ |
|||
|
|