Учёные выяснили, как бактерии формируют основу солёных озёр

Оказалось, что ключевую роль в восстановлении основных функций микробиоты играет так называемый микробный каркас — набор бактерий, поддерживающих устойчивость экосистемы. Результаты работы могут создать предпосылки для управления природными водоёмами и разработки курортных озёр с заданными свойствами. Однако поддержание таких объектов потребует сложных инженерных решений, а заявления о лечебных свойствах должны опираться на научные данные, предупредили эксперты.

Исследование проводили на примере озера Шира в Хакасии. В результате полного перемешивания его слоёв ядовитый сероводород, который на протяжении многих лет накапливался в глубинных водах, исчез после контакта с верхними слоями. Одновременно существенно изменилась микробиота водоема.

Этот водоём расположен в Северо-Минусинской котловине, его площадь составляет около 35 кв. км, а глубина достигает 24 м, уточнили специалисты. Вода содержит комплекс минералов, в том числе соли натрия и магния, благодаря чему водоём обладает бальнеологическими свойствами. На дне также залегают пласты сульфидной грязи, образовавшиеся в результате жизнедеятельности бактерий. Эта грязь применяется в лечебных целях. Полное перемешивание озера произошло в 2015 году. Его причиной стали раннее таяние льда и сильные ветры.

«Обычно в озёрах глубиной более 10 м водная толща разделена на слои. Верхние — тёплые, а нижние — более холодные, и кислорода в них меньше. Бывают озёра, в которых придонный слой почти не перемешивается с верхними. Там скапливаются ядовитые газы, в частности сероводород», — рассказал руководитель исследования, замдиректора по научной работе Института биофизики СО РАН, профессор кафедры биофизики СФУ Денис Рогозин.

По его словам, вода на глубине обычно отличается повышенной солёностью, поэтому имеет большую плотность. Из-за этого перемешивание происходит редко, а реакция микробиоты на такие события остаётся малоизученной. Наблюдать за процессом учёным удалось благодаря многолетнему мониторингу. Современные методы анализа ДНК и другие инструменты позволяют подробно исследовать изменения, происходящие в экосистеме.

«Мы несколько лет отбирали пробы и попали в такое состояние. Можно сказать, повезло, когда произошёл резкий "переворот" озера. Оказалось, что в этот период сульфатредуцирующие бактерии, которые производят сероводород, просто исчезли, а потом, когда водоём восстановил структуру, вновь появились, — сообщил Денис Рогозин.

Ценность открытия — в понимании того, что акватория возвращается к норме через сохранение функций. Их после гибели одних микроорганизмов берут на себя другие бактерии, пояснил учёный. Например, после исчезновения части бактерий эти функции выполняли другие представители микробиоты. В результате серный, азотный, фосфорный и другие циклы в озере не прерывались.

Как уточнил специалист, в ходе исследования учёные выявили 21 штамм, сформировавший «микробный каркас» водоёма. Он помог микробиоте пережить экологический катаклизм.

Озёра, подобные Шире, представляют собой ценные рекреационные объекты, напомнил исследователь. Ежегодно сюда приезжают тысячи людей, чтобы пройти процедуры, отдохнуть и поправить здоровье. Понимание процессов, происходящих в микробиоме, может помочь разработать механизмы сохранения полезных свойств водоема, а также прогнозировать периоды улучшения или ухудшения качества воды.

В перспективе эти технологии могут дать возможность управлять состоянием озёр и целенаправленно формировать определённые свойства. Кроме того, полученные знания могут быть использованы при создании искусственных водоёмов с заданными характеристиками — например, на месте заброшенных карьеров и выработанных рудников, а также в небольших морских бухтах и заливах со слабым водообменом.