О красных приливах бродит по миру множество слухов

Наука и жизньНаука

Красного прилива цвет

Кандидат биологических наук Филипп Сапожников, Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН.

Красный прилив у берегов Калифорнии, США. Фото: Kai Schumann/NOAA

О красных приливах бродит по миру множество слухов, написаны сотни книг и тысячи репортажей, их изучению посвящены многочисленные научные работы, степень детализации которых год от года растёт. И всё же суть этих явлений — а главное, причины их возникновения — пока не до конца ясны. Впрочем, это отражает не степень общей загадочности красных приливов, а скорее уровень системных наблюдений за жизнью в море по всему миру. Чем дальше продвигаются учёные в объяснении процессов, происходящих на солёных акваториях, чем разностороннее становятся подходы, тем больше открывается новых особенностей и деталей, к пониманию которых наука приходит лишь постепенно и с использованием комплекса самых разных методов.

В море живут микроводоросли — как правило, одноклеточные или колониальные организмы, в различной степени способные добывать себе энергию для жизни с помощью фотосинтеза, а также путём усвоения готовой органической пищи. Большинство из них могут совмещать эти полезные свойства — в зависимости от условий среды обитания. Если микроводорослей, населяющих толщу воды, где-то становится очень много, то учёные и другие наблюдатели говорят об их цветении. В тех случаях, когда такое массовое развитие водорослей несёт опасность для остальных обитателей моря и — разностепенно — для человека, его называют вредоносным цветением водорослей (или harmful algal bloom). Частный случай вредоносного цветения водорослей — красный прилив: результат быстрого и весьма активного размножения в приповерхностном слое моря микроводорослей из числа динофлагеллят и/или диатомей, при котором концентрация их клеток в литре воды может достигать сотен тысяч и даже миллионов. При этом вода на пространствах, охватывающих десятки и сотни километров, окрашивается обширными пятнами в красный, бурый, зеленовато-голубой, желтоватый или золотистый цвета — в зависимости от того, какой из видов расплодился в составе облаков цветения особенно массово. Состав пигментов и их сочетание в хлоропластах разных видов микроводорослей, да и сама концентрация хлоропластов внутри их клеток неодинаковы — оттого будет различаться и общая окраска цветения.

Если охватить это явление взглядом целиком — например, из окна самолёта, с большой высоты, или же на спутниковом снимке высокого разрешения, сделанном с учётом флуоресценции фотосинтетических пигментов (например, хлорофилла а) на поверхности моря, то становится хорошо видно, что пятна цветения разной интенсивности вырисовываются струями течений: в форме завитков, грибов с распростёртыми и закрученными шляпками или извилистых жил. Такая картина говорит о том, что цветение переносится движением вод и cвязано c характеристиками отдельных водных масс, например с концентрацией соединений азота, фосфора и железа в отдельных струях течений.

Конечно же, для развития цветения микроводорослям нужны ресурсы, и это не только солнечный свет, вода и растворённый в ней СО2: необходимы ещё питательные вещества. И для динофлагеллят, и для диатомей хорошим ресурсом для роста служат фосфаты и нитраты, а стимулом к массовому размножению зачастую выступают ионы железа. Поэтому, если где-то в море имел место апвеллинг — сезонный или эпизодический подъём глубинных вод, богатых азотом, фосфором и другими биогенными веществами, то микроводорослям уже есть на чём расти. Добавим к этому тихую погоду (допустим, после сильных штормов или урагана), прогрев поверхностных вод и лёгкий ветер, и получим минимальный комплекс условий для формирования цветения. Иногда ему способствует и изменение солёности.

Если же ветра и течения приносят разрастающиеся пятна цветения к берегам, то здесь их встречают поля высоких концентраций биогенов, пришедших в море с водами суши: с дождевым стоком, со сточными водами человеческих поселений, а также с речными водами, приносящими удобрения с полей сельхозугодий и просто с лужаек и газонов, где заботливые хозяева активно вносят их в почву. Здесь, у берега, цветение развивается ещё более бурно, достигая тех самых концентраций в миллионы клеток на литр. И становится вредоносным, обретая статус красного прилива. К этому располагает ещё одна цепочка явлений: нагонный ветерок собирает клетки микроводорослей густыми полями вдоль берегов, плотность их пятен стремительно растёт и их влияние на окружающую среду проявляется всё более ощутимо.

Красный прилив у берегов Анголы. Фото: ESA

Вредоносность цветения водорослей может проявляться двояким образом.

Во-первых, если даже сами клетки массового вида (или группы видов, образующих цветение) не токсичны, то при больших скоплениях они начинают активно затенять друг друга, лишая доступа к солнечному свету. При этом фотосинтез у затенённых клеток уступает место дыханию с потреблением кислорода, и его концентрация в областях, охваченных густыми пятнами, стремительно снижается. В результате кислорода перестаёт хватать и другим жителям вод (планк-тонным беспозвоночным, рыбам, другим микроводорослям). Одни из них успевают уплыть из поражённой области, если это позволяют её размеры и степень мобильности организмов. Другие, как правило, массово гибнут. Их трупы активно потребляются бактериями… тоже дышащими кислородом. И его концентрация в среде падает ещё сильнее. Заметим, что и сами микроводоросли, лишившись в плотной «толпе» как солнечного света, так и возможности дышать, тоже гибнут — и делают это не менее массово, чем доселе размножались. Образуются гипоксические области — смертоносные пятна с очень низкой концентрацией кислорода. Далее начинается зарастание плотного слоя отмирающих клеток колониями бактерий, формирующих с ними густую гниющую массу, которая выделяет газообразные продукты разложения в форме пузырей, удерживающих фрагменты этой массы на поверхности. А также обильное выпадение ошмётков гниющей массы на дно — с распространением туда гипоксического облака и замором донных беспозвоночных и рыб. Затем трупы крабов, креветок, морских ежей, звёзд, губок и различных видов рыб выносит на берег. И часто в огромных количествах.

Во-вторых, если микроводоросли, сформировавшие облака обильного цветения, обладают способностью производить токсины, то при высокой концентрации клеток часто приступают к их синтезу. У разных видов динофлагеллят и диатомей токсины различаются и по структуре, и по механизмам воздействия на других существ. Например, динофлагеллята Karenia brevis, всё чаще формирующая красные приливы у берегов Мексиканского залива, способна синтезировать бревитоксины — вещества, влияющие на натриевые каналы в мембранах нервных клеток. Это нервно-паралитические яды, воздействующие особенно эффективно на позвоночных животных. Так, в ходе красного прилива, охватившего юго-западное прибрежье Флориды в октябре 2017 года и продолжавшегося 11 месяцев, до сентября 2018-го, погибли 452 морские черепахи из числа охраняемых видов и 92 ламантина.

Клетки динофлагелляты Karenia brevis. Фото: FWC Fish and Wildlife Research Institute/flickr.com/CC BY-NC-ND 2.0

Даже у тех людей, что в период бурного цветения K. brevis просто прогуливаются по берегу, возникают раздражение кожи, глаз, дыхательных путей и кашель. Вдыхание аэрозолей с бревитоксинами способно вызвать серьёзные проблемы у больных астмой и другими респираторными недугами. Как же яд попадает в воздух? При массовом скоплении клеток часть из них гибнет, и токсин высвобождается в воду, а затем поступает в воздух вместе с пузырьково-капельной массой аэрозолей, сдуваемых ветром с гребней небольших волн в сторону берега.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Цивилизация Цивилизация

Они одними из первых освоили инженерию, завели армию, монархию и дипломатию

Вокруг света
Портрет Петра Скворцова Портрет Петра Скворцова

Актер Пётр Скворцов — о преодолении кризисов и своих тайных увлечениях

OK!
Верные слуги короля Верные слуги короля

С XVII века королевские мушкетёры стали привилегированными войсками

Дилетант
Вопрос психологу: что такое метод системных расстановок и насколько он эффективен? Вопрос психологу: что такое метод системных расстановок и насколько он эффективен?

Что из себя представляет метод системных расстановок по Берту Хеллингеру

Esquire
Нейтрино. Познание Вселенной продолжается Нейтрино. Познание Вселенной продолжается

О современном состоянии нейтринных, а также протонных исследований

Наука и жизнь
Федор и Светлана Бондарчук: история первой любви длиною в четверть века Федор и Светлана Бондарчук: история первой любви длиною в четверть века

Федор и Светлана Бондарчуки прожили вместе 25 лет

Cosmopolitan
Уроки на экваторе Уроки на экваторе

Месяц в деревне в Кении глазами волонтера-учительницы из России

Вокруг света
Ещё живы, но стали «причёсанными»: сооснователь MDK о заработке и изменениях в проекте, которому исполнилось 10 лет Ещё живы, но стали «причёсанными»: сооснователь MDK о заработке и изменениях в проекте, которому исполнилось 10 лет

MDK – одно из самых популярных сообществ в истории «ВКонтакте»

VC.RU
Пыльные бури — взгляд из космоса Пыльные бури — взгляд из космоса

Песчаные и пыльные бури и их последствия

Наука и жизнь
«Кошачьи» кубиты сделали квантовый компьютер более отказоустойчивым «Кошачьи» кубиты сделали квантовый компьютер более отказоустойчивым

Связано это с тем, что коты Шредингера являются устойчивыми к переворотам

N+1
Гнев небес Гнев небес

Взрыв сверхновой поблизости от Земли способен уничтожить почти все живое

Вокруг света
Сколько информации мы производим ежегодно, и где она хранится Сколько информации мы производим ежегодно, и где она хранится

Каждый день на Земле мы генерируем 294 миллиарда электронных писем

Популярная механика
Диалектика времени Диалектика времени

Как размышления о времени способствовали развитию человеческой цивилизации

Вокруг света
Соки, мороженое, сгущенка и еще пять вещей, которые Микоян внедрил в СССР после поездки в США Соки, мороженое, сгущенка и еще пять вещей, которые Микоян внедрил в СССР после поездки в США

Анастас Микоян сделал советское меню таким, каким мы его знаем сейчас

Maxim
«Новгороду быть!» «Новгороду быть!»

Почему Нижний Новгород Нижний и Новый

Дилетант
«За рулем был кто-то другой»: откровения больного сексомнией «За рулем был кто-то другой»: откровения больного сексомнией

Колонка мужчины, живущего с психическим расстройством

Esquire
«Важнейшее из искусств» «Важнейшее из искусств»

Сталин так проникся кинематографом, что начал править историю страны и мира

Дилетант
Уроки кройки и шитья: что такое upcycling и кто строит бизнес на вторичном производстве одежды Уроки кройки и шитья: что такое upcycling и кто строит бизнес на вторичном производстве одежды

Что происходит на рынке вторичного производства одежды сегодня

Forbes
Виртуальный секс Виртуальный секс

«Популярная механика» протестировала первую в мире виртуальную любовницу

Популярная механика
Царь горы Царь горы

Чем для светской общины Николиной Горы был погибший Александр Липницкий

Tatler
Перемена слагаемых Перемена слагаемых

Устали от стандартных маршрутов и толп туристов на курортах?

Добрые советы
«Выходила, песню заводила…»: правда и вымысел о знаменитой «Катюше» «Выходила, песню заводила…»: правда и вымысел о знаменитой «Катюше»

Если «Катюша» такая крутая, то почему не выиграла войну еще в 1941-м?

Maxim
От чего зависит твой рост? От чего зависит твой рост?

От чего зависит, достигнешь ли ты своего максимального потенциала в росте

Maxim
Денис Родькин и Элеонора Севенард: Денис Родькин и Элеонора Севенард:

Он хотел стать машинистом, она же с детства мечтала о балете

Караван историй
«Дежурного я расцеловал, а больше никого нет» «Дежурного я расцеловал, а больше никого нет»

Как советские люди узнавали, что закончилась война

Weekend
Не только кашель: 7 признаков рака легкого, которые нельзя игнорировать Не только кашель: 7 признаков рака легкого, которые нельзя игнорировать

На что нужно обратить внимание, чтобы не пропустить и не запустить рак легких

Cosmopolitan
Токсичные отношения: какие они на самом деле? Токсичные отношения: какие они на самом деле?

Как вовремя распознать, что из отношений пора бежать?

Psychologies
Счастливый грант Счастливый грант

Дарья Крошкина из Старого Оскола строит международный образовательный стартап

Forbes
Как все это случилось: Мексиканский залив Как все это случилось: Мексиканский залив

Какие уроки нужно извлечь из катастрофы на буровой платформе Deepwater Horizon

Популярная механика
Тест: Как вы расстаетесь? Тест: Как вы расстаетесь?

То, как мы расстаемся, многое говорит о наших опасениях. А как это делаете вы?

Psychologies
Открыть в приложении