Что было у берегов Камчатки незадолго до экологического ЧП


Чтобы разобраться с причинами экологической катастрофы, разразившейся у побережья Камчатки, нужно знать не только, что там происходит сегодня, но и что было «вчера». Было ли это результатом загрязнения, или цветения ядовитых микроорганизмов – это событие уже в прошлом. Вода утекла. Течения унесли ее далеко от места событий, океанские воды разбавили, вспышка размножения микроорганизмов погасла. В отсутствие системы регулярного биологического мониторинга нам остается искать только химические следы этого события. Но иногда, по случайности, находятся и более весомые свидетельства. Один такой факт есть у Русского общества сохранения и изучения птиц, и он может существенно дополнить картину происшествия.

Что нового может сообщить Русское общество сохранения и изучения птиц им. М.А. Мензбира?

Стационар на Чукотке -2 - 600.jpg На Чукотском побережье в селе Мейныпильгыно (Анадырский район Чукотского АО) каждое лето работает экспедиция Русского общества сохранения и изучения птиц (РОСИП). Там действует стационар, где выращивают птенцов редчайшей птицы – кулика-лопатня, и потом выпускают их в природу. Так удается уберечь птенцов от гибели в природе до того возраста, когда они смогут позаботиться о себе сами. В августе 2020 года орнитологи заметили, что вода в море приобрела красноватый оттенок. Прежде они такого не замечали и заинтересовались. Расспросив водных путешественников – экипаж катамарана «Котоярви» под командованием капитана Ильи Лукомского , которые остановились у Мейныпильгыно, они узнали, что красноватый цвет вода имеет не только здесь, но и на большом участке тихоокеанского побережья - от бухты Угольной в южной Чукотке до Олюторского мыса на северной Камчатке. Общая протяженность пятна была не меньше 700 км, а, может и больше – туристы отвечали только за тот маршрут, который они прошли сами. Такое явление называют «красным приливом». 

Вот как выглядело цветение динофлагеллят возле пос. Мейныпильгыно из космоса. На спутниковом снимке видны волны и светлые пятна с высоким содержанием хлорофилла – это скопления водорослей, разбитые волнами. Plancton_nd_stream_05km.jpg



Что такое «красный прилив»?

Красный прилив у берега Калифорнии.jpg«Красные приливы» связаны с массовым развитием окрашенных микроорганизмов, из-за чего вода приобретает красноватый оттенок. Это могут быть водоросли из разных систематических групп, в том числе относящиеся к зеленым водорослям, криптофитовым, динофлагеллятам, диатомовым, а также цианобактерии (в просторечии их называют сине-зелеными водорослями), иногда – окрашенные инфузории. Собственно к приливам – колебаниям уровня воды в море, при котором вода то приходит к берегу (прилив), то отступает (отлив), это явление отношения не имеет. Просто замечают его чаще всего люди, живущие в прибрежной зоне. Сама по себе окраска воды не таит в себе опасности, а только в тех случаях, когда она связана с цветением водорослей, способных выделять в воду токсины. Да и не всегда вода красная. Столь же массовым может быть развитие микроорганизмов другого цвета, но все последствия будут такими же. Прежде, чем бить тревогу, нужно разобраться с тем, какие именно микроорганизмы расплодились до такой степени, что окрасили воду. Неспроста в научной литературе понятие «красный прилив» берут в кавычки, и чаще используют более адекватный термин – вредоносное цветение водорослей (harmful algal bloom). Собственно с понятием «цветение водорослей» тоже нужно быть осторожным, поскольку этот не цветковые растения и цветов у них нет. «Цветет» не водоросль, а вода в водоеме, когда приобретает необычный цвет из-за большого количества микроорганизмов. Но термин используют именно этот, причем и в русском языке («цветение»), и в английском («bloom»).

Каковы причины красных приливов?

Распределение хлорофилла и температура в океане в августе 2020.jpgЧтобы водоросли бурно размножались, им необходимы биогенные вещества, которых в природной воде обычно мало, и фитопланктон быстро их расходует. То есть для «цветения воды» биогенов нужно очень много, а их избыточное поступление, как правило, связано с деятельностью человека. Источники биогенных веществ - удобрения, стекающие с полей или из хранилищ - их в океан приносят реки, бытовые стоки, стоки с горно-обогатительных фабрик или хвостохранилищ и другие. Кроме того, «цветению воды» способствует прогрев из-за глобального потепления; в последнее десятилетие повышение температуры воды привело к увеличению количества фитопланктона на огромных участках мирового океана. Так что потепление климата тоже повинно в том, что сюжеты с массовым развитием водорослей стали случаться чаще и охватывают все большие площади. И красные приливы, которые прежде случались в тропических областях и зонах с умеренным климатом, распространяются все дальше к северу и перестали быть редкостью даже у берегов Аляски.

Тем не менее, одного потепления мало, все равно нужно много биогенных веществ, они необходимы клеткам для синтеза их белков и нуклеиновых кислот – ДНК и РНК. В случае красного прилива нужно, в первую очередь, разбираться с тем, откуда они поступили.

Причины красных приливов до сих пор остаются загадкой. Чтобы вызвать столь масштабное явление, движущие силы тоже должны быть масштабными. Это могут быть морские течения, которые приносят биогены из более продуктивных районов океана, восходящие потоки (апвеллинги), поднимающие обогащенные воды с глубин. Может ли это быть результатом человеческой деятельности? Если бы речь шла о закрытой губе, где одна и та же водная масса циркулирует продолжительное время – такое было бы мыслимо. Смыв удобрений с полей, воды из шахт, обогащенные подземными минералами, попадание удобрений в море при судовых авариях… Но не на открытом побережье, где все промывается приливами, шторами и течениями. Будем справедливы: на открытом побережье антропогенное воздействие тоже может кардинально влиять на морские экосистемы. Например, у побережья Австралии эвтофирование прибрежных вод от сельскохозяйственных стоков считается одной из причин гибели кораллов. Но какое сельское хозяйство на Камчатке…

Опасен ли красный прилив?

Рыба, погибшая из-за красного прилива, на острове Санибелл (Флорида)Да, он может быть опасным. Помните о десяти казнях египетских, описанных в «Пятикнижии»? Одним из наказаний, которые постигли египтян за то, что их фараон отказался освободить иудеев, было «наказание кровью»: вода в реке Нил превратилась в кровь, «и рыба в реке вымерла, и река воссмердела». Современное объяснение этому – цветение ядовитых микроводорослей, такое же, как при «красном приливе». Вода при этом может приобретать не только цвет, но и необычный, в том числе неприятный, запах. А главное – становится ядовитой для других обитателей моря: зоопланктона, который питается этими водорослями, рыб, которые поедают зоопланктон, и для людей, употребляющих такую рыбу в пищу. А также моллюсков и других съедобных беспозвоночных, в этом случае они перестают быть съедобными. Как правило, красный прилив обусловлен развитием таких микроорганизмов, которые, с одной стороны, как положено водорослям, осуществляют фотосинтез – то есть вырабатывают кислород, но с другой - их так много, что кислород быстро расходуется на разложение отмирающих клеток, и выживать в таких условиях могут только те микроорганизмы, которые способны переключаться на потребление готовой органики. Для этого есть специальный термин – миксотрофы», то есть организмы со смешанным питанием. Это как раз те группы водорослей, которые мы перечислили выше. Для рыб и других водных животных это означает, что в такой воде им нечем дышать. Вода с гниющими органическими веществами непригодна для употребления людьми. А если микроорганизмы еще и выделяют токсины, то и вся вода становится ядовитой.

У разных водорослей – разные яды

Сакситоксин.jpgИзучение токсинов динофлагеллят – отдельная научная тема, и даже военная, так как они могут быть использованы в качестве химического оружия. Они разнообразны и по скорости действия, и по тому, на какие системы органов влияют, и какие нарушают бимохимические процессы. Многие еще не изучены. Часто спрашивают: а возможна ли гибель морских млекопитающих из-за красных приливов? А гибнут ли рыбы? А птицы? Общего ответа дать нельзя. С одной стороны, все это возможно и много раз случалось. Но с другой стороны, у каждого яда – свое направление действия. Токсины одних водорослей вызывают диарею, от других – поражают нервную систему, в некоторых случаях токсин может присутствовать в аэрозоле над морем и служить причиной насморка, в других – содержится только в тканях моллюсков, которые питались вредоносными микроорганизмами, контакт с ядом будет только если съесть устрицу или мидию. И еще, очень важно помнить, что не все водоросли вредоносны! Большинство, наоборот, полезны и питательны для тех, кто ими питается, и служат основой экологической системы. Поэтому с каждым случаем нужно разбираться специалистам.

Какие микроорганизмы создали красный прилив в августе?

вырезано красноватый.jpgВ красной воде с побережья Чукотки мы обнаружили огромное количество динофлагеллят. Их численность достигала 44,3±1,1 млн клеток в литре воды, и это очень много.

Определение видовой принадлежности динофлагеллят – дело непростое, лучше доверить это специалистам. Альгологи с кафедры гидробиологии установили, что найденный нами вид относится к роду Alexandrium, печально известному как причина смерти сотен людей. Название «Александриум» происходит от Александрии – египетского города в дельте Нила, где в 1960-х годах он вызвал красный прилив, благодаря чему попал в поле зрения ученых. Водоросли из этого рода продуцируют сакситоксин – паралитический яд, блокирующий проведение нервных импульсов, он вызывает паралич мышц, в частности, дыхательной мускулатуры. Сакситоксин снискал славу «фактора быстрой смерти», он даже токсичнее синильной кислоты. Отравление может происходить не только при употреблении в пищу моллюсков, которые его накопили, но и при контакте с тканями таких моллюсков, через кожу.

Какие водоросли обвиняют в сентябрьской экологической катастрофе?

Dinophysis fortii.jpgВ ходе исследований, проведенных уже после камчатской катастрофы другими учеными, появилось указание на другой вид динофлагеллят – Dinophysis. Их нашли в донных осадках. Динофизисы тоже могут быть причиной красных приливов, но даже если их количество в воде не так велико, чтобы ее окрасить, они все равно могут вызывать неприятные последствия. Динофизис вырабатывает окадаевую кислоту - диарейный токсин, и пектенотоксины, которые при высоких концентрациях могут вызывать повреждения кишечника и печени. Чтобы получить отравление, нужно поесть моллюсков, которые профильтровали много воды с этими водорослями, так как в их тканях яд накапливается.

В Евросоюзе приняты нормы по содержанию этих веществ в тканях съедобных моллюсков, для окадаевой кислоты и пектинотоксинов оно составляет 0,16 мг/кг. В случае превышения моллюски становятся несъедобными.

В момент отбора проб массового развития динофизисов уже не было. Тем сложнее определить, они ли виноваты в нарушениях здоровья серферов, или какие-то другие токсичные микроорганизмы.

Бывали ли случаи отравления морских млекопитающих при красных приливах?

Киты выьбросившиеся на берег Патагонии из-за красного прилива.jpgЭтот вопрос очень хорошо изучен на побережье Калифорнии, особенно влияние домоевой кислоты – нейротоксина, вырабатываемого диатомовыми водорослями Псевдоницшия (Pseudo-nitzschia). Домоевую кислоту еще называют «кислотой зомби», поскольку у людей она вызывает нарушение памяти. Каждый год от нее страдают сотни морских львов, у которых происходит потеря равновесия, тремор, судороги, многие погибают. Известны случаи массовой гибели китов из-за поедания мелкой рыбы, содержащей сакситоксин – как раз тот, который вырабатывают динофлагелляты Александриум, а также некоторые другие динофлагелляты и сине-зеленые водоросли (цианобактерии). Сакситоксин стал причиной смерти каланов на Аляске, средиземноморских тюленей-монахов у Западной Сахары, афалин и ламантинов во Флориде. А моржи? И моржи – тоже. В недавнем исследовании американские ученые обнаружили в тканях тихоокеанских моржей сакситоксин и домоевую кислоту в таких концентрациях, при которых у калифорнийских морских львов начинались конвульсии.

А ведь есть и другие фитотоксины. Бревитоксин динофлагеллят Karenia все чаще образует красные приливы в Мексиканском заливе, у берегов Флориды, Новой Зеландии и Австралии, он считается причиной массовой гибели морских рыб, зверей и птиц. Пресноводные цианобактерии могут выделять микроцистины, и, хотя они обитают в пресных водах, их яд может попадать в море с пресным стоком и накапливаться в моллюсках.

Морские птицы тоже страдают от красных приливов

Кулики пострадвашие от красного прилива на станции спасения птиц во Флориде.jpgВолнуетесь за птиц? И не напрасно: случаи гибели пернатых из-за вредоносного цветения водорослей тоже бывали. Цветение динофлагеллят Alexandrium tamarense у побережья Англии в 1969 году на 80% сократило популяцию хохлатых бакланов Нотумберланда, поедавших рыб-песчанок, которые, в свою очередь, питаются зоопланктоном и крупным фитопланктоном. Через другого представителя песчанковых рыб токсин динофлагеллят получали крачки. В 1975 году возле города Тампа во Флориде от динофлагеллят Gymnodinium breve погибло 20 тысяч американских морских чернетей. Зимой 1981/82 г. в проливе Скагеррак из-за необычайного развития динофлагеллят Gyrodinium aureolum погибло 20% зимовавших там обыкновенных гаг; птицы получали токсин через основной кормовой объект - мидий. Цветение было настолько сильным, что у мидий тоже наблюдалась высокая смертность. Известны случаи, когда при красных приливах погибали крачки, моевки, пингвины, разные виды бакланов, буревестники. Больше всего отравлению подвержены птицы, которые заглатывают рыбу целиком и питаются рыбами, поедающими планктон. Те птицы, которые разрывают добычу на куски, успевают распробовать отраву и отказываются от такой пищи. Интересно, что в большинстве случаев, когда гибель происходила по причине отравления фитотоксинами, сам яд в их тканях птиц не находили. Видимо, отравление происходит так быстро, что яд не успевает проникнуть в ткани. В некоторых случаях это даже спасает им жизнь: даже при малых порциях токсина, птице становится не до кормежки, и доза не увеличивается. Разные токсины действуют на организм птиц по-разному. В одних случаях у них страдает пищеварительная система - при сильном поражении животное погибает от голода; в других – нервная – птицы теряют ориентацию, не могут ни летать, ни даже стоять на ногах; иногда – происходит некроз мускулатуры. Множество гагар и поганок погибло в зимовочном скоплении залива Монтерей из-за динофлагеллят Akashiwo sanguinea. Их выделения действуют как детергент, способствуют образованию пены в зоне прибоя и смывают с перьев жировую смазку, из-за чего водоплавающие намокают и не могут плавать.

В тех районах, где красные приливы происходят часто, морские птицы научаются избегать отравления. Почувствовав опасность, они либо перелетают на кормежку в другие места, либо выбирают безвредные объекты питания. Хуже тем, которые сталкиваются с этим явлением впервые. Поэтому в северных районах, где красные приливы появились недавно из-за общего потепления климата, рыбоядные птицы находятся под ударом.

Опасность для здоровья людей и экономики

Ну и люди – нельзя забывать, что вредоносные водоросли несут опасность и для здоровья, и для экономики. Самые трагичные последствия красные приливы имеют для марикультуры: все, что там выращено, становится непригодным. А если все же поступает в продажу, то приводит к массовым отравлениям людей. Дальневосточная экономика во многом – рыбная. Особенно важен промысел лососевых. Влияют ли красные приливы на них? Да, и еще как! Известно, что если на пути к нерестилищам есть зона с красным приливом, лососи ее избегают, и могут вовсе не пойти в свою реку.

Что делать?

IMGP9009.jpgДля того чтобы отслеживать появление токсичных явлений и предупреждать отравления людей и животных, нужна система мониторинга, которая могла бы оперативно реагировать на такие события, отбирать пробы, анализировать их и оповещать население и органы власти в случае опасности. И стоить это будет гораздо меньше, чем экстренные аварийные расследования с вовлечением множества служб и институтов.

Елена Дмитриевна Краснова,

канд. биол. наук, старший научный сотрудник Биологического факультета МГУ, член РОСИП

Консультация специалиста по дешифрированию спутниковых снимков, главного специалиста по спутниковому мониторингу Центра морских исследований МГУ  
Дмитрия Владимировича Добрынина


Для того чтобы успешно и продуктивно проводить мониторинг вспышек планктона – красных приливов, необходимо иметь представление о пространственной структуре этих образований и скорости их движения в морских водах. Для этого наша группа использует данные дистанционного зондирования Земли из космоса: спутниковые снимки орбитальных группировок MODIS, SENTINEL-2, Landsat-8. Анализируя данные ежедневных съемок с этих спутников в геоинформационных системах можно видеть зарождение пятен планктона, их развитие и передвижение вместе со штормами и течениями.












































В основе распознавания типов пятен планктона и отделения их от акваторий с мутными, за счет взвешенных минеральных частиц водами, лежит анализ их спектральных характеристик.




















Так, как представлено на рисунке выше, пятно планктона могут видеть космонавты, с борта пилотируемых орбитальных станций. Если же мы воспользуемся более детальными данными спутниковых съемок, то сможем увереннее разделить пятна планктона аномальной концентрации от более естественных участков акватории Берингова моря.




















  Воды, лишенные минеральных примесей (песка, ила, растворенных органических веществ растительного происхождения), имеют голубой или синий цвет. Незначительные более светлые пятна – участки волнения.


















Воды, с высоким содержанием минеральных взвесей имеют светло-голубой или белесовато-желтоватый оттенок. Также их очертания резко меняются штормами, приливами и отливами.


















Морская вода, в которой активно развивается планктон, имеет интенсивно зеленые оттенки на спутниковых снимках, синтезированных в естественных цветах видимого диапазона.

















Используя информацию каналов спутниковых снимков инфракрасного диапазона можно составить представление о доле фотосинтезирующих микроорганизмов в пятне планктона. 















































Таким образом, используя спутниковую информацию, мы можем проводить поиск зарождающихся пятен планктона, сопоставлять их характеристики с явлениями, зафиксированными и изученными в предыдущие годы, и, на основании этого прогнозировать сценарий развития красных приливов в прибрежных водах. 
















Возврат к списку

Скопируйте в буфер обмена адрес ссылки на это сообщение