Видовое богатство инфузорий малого заболачивающегося водоема: общие проблемы сохранения их биоразнообразия

«типовых» местообитаний, т.е. мест, где ранее неизвестный организм был впервые обнаружен и повторно описан [6]. Для протистов и мелких многоклеточных эукариот типовая локализация гораздо важнее, чем для более крупных организмов, поскольку их присутствие и распределение невозможно увидеть невооруженным глазом, с одной стороны, и они являются чувствительными индикаторами изменений окружающей среды, с другой [7-10].

К сожалению, разрушение среды обитания, которое является причиной трети утрат биоразнообразия во всем мире [11], уничтожило многие местообитания сообществ про-тистов. Эфемерные водно-болотные угодья особенно подвержены антропогенным воздействиям, поскольку они занимают формы рельефа, которые снижают экономическую ценность сельскохозяйственных угодий. Так, наибольшие потери инфузорий произошли в результате осушения водно-болотных угодий на окраине города Гамбург (Германия), где Альфред Каль обнаружил более ста новых видов [12, 13].

Считается что максимум разнообразия сосредоточен в «горячих точках биоразнообразия» (дождевые леса в тропиках и субтропиках), в «специализированных местах обитания в структурно сложных ландшафтах» (например, в микрообитаниях, поддерживаемых бромелиевыми растениями), хотя и там данные об инфузориях и многих других группах протистов довольно скудны [7] или вовсе отсутствуют [14]. В умеренном климате «горячими точками» можно считать торфяники и болотные пруды, которые содержат высокоспецифичные и разнообразные сообщества протистов. Так, Крейц и Фойсснер [15] обнаружили около 800 видов протистов в ветландах недалеко от озера Констанц в окрестностях небольшого города в Германии. По крайней мере, 100 видов ранее не были описаны, а некоторые из неописанных видов могли быть местными эндемиками. Таким образом, авторы [15] пришли к выводу, что любая подобная уникальная территория должна быть защищена по закону. Например, эфемерный пруд на Кра-утхюгеле в Австрии был официально признан «Памятником природы для одноклеточных организмов» [2]. Кроме того, считается, что сохранению протистов следует уделить внимание и в Красных книгах, не говоря уже о целенаправленном научном обсуждении данной проблемы.

В целом, «разработка стратегии сохранения протистов ожидает весьма запоздалого признания со стороны человеческого общества» [7, 16]. В последнее время начинают появляться исследования, в которых утверждается необходимость сохранения микробного разнообразия. Так, около 417 олиго- или мезотрофных таксонов диатомовых находятся в «красном» списке, поскольку олиготрофные и дистроф-ные места обитания особенно подвержены нарушениям [7, 10]. В Красной книге Самарской области приводятся списки редких водорослей, нуждающихся в охране. Но охрану микробиоты представить и тем более организовать довольно трудно. Тем не менее, в рекомендациях по сохранению видов в естественных условиях авторы указывают на необходимость «организации территориальной охраны» [17].

Сохранению узко специализированных мест обитания способствуют уже существующие и вновь создаваемые особо охраняемые территории, а исследователям протистов остается только не упустить шанс исследовать потенциальное, недооцененное разнообразие. С этой точки зрения большой интерес представляет озеро Моховое, расположенное в трудно доступной части Раифского участка Волжско-Камского государственного природного биосферного заповедника (ВКГПБЗ). В программу мониторинга оно включено несколько позже, чем постоянно исследуемые водоемы (озера Раифское, Линево,

Илантово, Долгое, Гнилое, Белое, Карасиха и др. [18]), поэтому и гидробиологические исследования там проводятся не так давно и не так часто. Сведения об инфузориях оз. Моховое до сих пор полностью отсутствовали.

С учетом существующих проблем в области охраны свободноживущих инфузорий, целью данной работы явилось первое исследование видового состава инфузорий, выявление новых и редких видов, описание особенностей их распределения, выявление приуроченности отдельных видов к определённым слоям толщи воды, аутэкологических особенностей отдельных видов как описательной основы для дальнейшего уточнения видовой принадлежности с применением молекулярно-генетических методов.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Пробы отбирали 10.07.2019 на стандартной станции с максимальной глубиной порядка 7 м тонкослойным пробоотборником. От поверхности до глубины 1 м интервал отбора проб составил 0,5 м; затем в районе градиента окислительно-восстановительного потенциала (от 1,2 до 3 м) отбирали дробно – через 10, 20, 50 см; далее, с глубины 3 м и до дна – через каждый метр. Объем проб варьировал от 50 до 100 мл. В итоге всего было отобрано 17 проб. Количественный учет проводили на препаратах, фиксированных сулемой. Просмотр материала и его документирование производили на микроскопе Leica ВМ 5500.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Район исследования и абиотические условия . Озеро Моховое (55.914582 с.ш., 48.859124 в.д.) расположено в долине Сер Булак, которая относится к бассейну реки Сумка, левого притока Волги (рис. 1А). Прозрачность в момент отбора составляла – 0,75 м. Цвет воды –желто-корич-невый, цветность – 117-418 ^oPt.

Резкий градиент температуры начинался сразу от приповерхностных слоев до 2-2,5 м, pH менялась от слабокислых до слабощелочных значений (рис. 1Б). Градиент окислительно-восстановительного потенциала приходился на горизонт от 1м до 2 м. Микроаэробные и анаэробные условия складывались в толще воды от 1,7 м до дна. Электроповодность – от 236 до 352 μSm/ cм. По данным Е.Н. Унковской и О.Ю Тарасова [18], за весь период наблюдений (2001-2015 гг.) значительных изменений минерализации не отмечалось, и минерализация оценивалась как «малая» (в среднем, 183,2 мг/дм3), общая жесткость соответствовала категории «мягкая вода». Соотношение ионов по формуле Курлова в поверхностном слое [18]:

Рис. 1. Схема расположения оз. Моховое в Раифском участке ВКГПБЗ (А) (по: [19]) и профили абиотических факторов в толще воды глубоководной станции озера 10.07.2019 (Б)

M 0 HCO , , 68 a ²⁷ SO , 05 .

Ca 52 Mg 23 NaK 25

По содержанию железа (2,49±1,23 мг/дм3) и фосфатов (0.96±0,32 мг/дм3) в придонных горизонтах в среднем за период 2001-2015 гг., озеро входит в пятерку озер заповедника с максимальными значениями по данным показателям (озера Линево, Торфяное, Гнилое и Карасиха) [18].

Общая характеристика видового состава инфузорий. В оз. Моховое в центральной глубокой части водоема выявлено 53 вида (есть виды, не определенные пока даже до рода) (таблица). Ранее не регистрировались в озерах ВКЗ: Lacrymaria cf. sapropeli с a Kahl, 1927, Trichospira inversa (Claparède & Lachmann, 1858), два вида из семейства Spathidiidae, Pseudoblepharisma tenue var. viride (Kahl, 1926). Маловероятно, что они эндемики, вероятнее, просто мало исследовались подобные ненарушенные местообитания, в которых велико «скрытое разнообразие». Один из «новых» и редких видов, P. tenue var. viride, в данном водоеме вообще является основным доминантом (рис. 2).

Озеро характеризовалось очень высокой численностью инфузорий: суммарная численность (753700 тыс. экз./м3) более чем в 20 раз превышала максимальную численность, указанную для водоемов заповедника [20]. Довольно «резкий» и «узкий» максимум численности на глубине 1,3 м (рис. 3) удалось зарегистрировать, благодаря дробному отбору (через каждые 10 см в области расположения максимума численности).

В аэробном слое у поверхности доминировали олиготрихи Halteria grandinella (O.F. Muller, 1773) (33% общей численности) и Pelagostrombidium mirabile (Penard,1916) (13%); чуть ниже, на глубине 0,5 м – тинтин-ниды Tintinnidium fluviatile (Stein, 1863) (70%) и Tintinnopsis cylindrata Kofoid & Campbell, 1929 (20%). В микроаэробных слоях основу численности формировали в основном два миксотрофных вида (таблица): Pelagothrix plancticola Foissner et al., 1995 (41%) и Pseudoblepharisma tenue var. viride (Kahl, 1926) (рис. 2, 3) .

Рис. 2. Основные доминанты инфузорий в планктоне оз. Моховое в 10.07.2019:

1-3 – Pseudoblepharisma tenue var. viride (Kahl, 1926); 4 – Pelagothrix plancticola Foissner et al., 1995

Таблица. Видовой состав инфузорий, численность ( N , тыс. экз./м³) и вклад видов в среднюю численность ( N, %) в оз. Моховое в июле 2019 г.

Видовой состав	N средняя	N максимальная	N, %
Askenasia chlorelligera Krainer & Foissner, 1990*	1.2	20	0
Amphileptus procerus (Penard,1922)	1.2	20	0
Apsiktrata gracilis (Penard, 1922)	24	200	0
Caenomorpha lata Kahl, 1927	1.2	20	0
C. medusula Perty, 1852	91	720	0.1
C. sapropelica Kahl, 1927	12	80	0
Caenomorpha sp. ( C. uniserialis Levander, 1894)	14	140	0
Codonella cratera (Leidy, 1887)	16	280	0
Coleps amphacanthus Ehrenberg, 1833	4.7	40	0
C. hirtus (Muller, 1786) Nitzsch, 1827	2.4	40	0
C. hirtus viridis Ehrenberg, 1831*	394	6280	0.3
Coleps sp .*	72	1220	0
Cyclidium glaucoma (O.F. Muller, 1773)	15	180	0
Dexiotricha cf. colpidiopsis (Kahl, 1926)	961	6280	0.8
Dexiotricha granulosa (Kent, 1881)	1133	7700	0.9
Didinium cf. nasutum (O.F.Muller, 1773) *	958	14360	0.8
D. chlorelligerum Kahl, 1935*	86	440	0.1
Disematostoma butschlii Lauteborn, 1894*	3299	35840	2.7
Euplotes diadaleo s Diller & Kounarius, 1966*	438	3420	0.4
Frontonia leucas (Ehrb., 1838)	2.4	20	0
Frontonia sp.*	270	2960	0.2
Halteria grandinella (O.F. Muller, 1773)	147	1320	0.1
Haplocaulus sp.	1.2	20	0
Histiobalantium natans Clap. & Lachm., 1858*	8613	67120	7.1
Holophrya discolor Ehrenberg, 1833	896	15240	0.7
H. ovum (Ehrenberg, 1831)*	368	2430	0.3
Lacrymaria cf. sapropelica Kahl, 1927	3.5	40	0
Metopus spp.	11	160	0
Microthorax cf. elegans Kahl, 1931	1.2	20	0
Paramecium cf. chlorelligerum Kahl, 1935*	324	2000	0.3
Paramecium sp. 1 ( P. aurelia (Ehrb., 1838) complex)	1.2	20	0
Pelagohalteria viridis (Fromentel, 1876) Foissner, Skogstad & Pratt,
1988)*	1336	18120	1.1
Pelagostrombidium mirabile (Penard, 1916)*	81	1000	0.1
Pelagothrix plancticola Foissner et al., 1995*	49233	210860	40
Pelagovorticella natans (Faure -Fremiet, 1924)	1.2	20	0
Plagiopyla sp.	2.4	40	0
Pseudoblepharisma tenue var. viride (Kahl, 1926)	50724	397320	42
Rimostrombidium spp. (R.hyalinum (Mirabdulaev, 1985); R. humile
(Penard, 1922))	8	140	0
Rimostrombidium velox (Faure-Fremiet, 1924)	15	220	0
Rimostrombidium lacustri s (Foissner, Skogstad & Pratt, 1988	26	400	0
Spathidium sp. 1*	0.6	10	0
Spathidium sp. 2*	14	240	0
Tachysoma pellionellum (O.F.Muller, 1773)	3.5	60	0
Tintinnidium fluviatile (Stein, 1863)	1338	22560	1.1
Tintinnopsis cylindrata Kofoid & Campbell, 1929	396	6440	0.3
Trichospira inversa (Claparède & Lachmann, 1858)	17	140	0
Urocentrum turbo (O.F.Muller, 1786)	100	780	0.1
Urotricha spp. (17-25 мкм) ( U. farcta Clap. & Lachmann,1859; U.
furcata Schewiakoff, 1893; U. globosa Schewiakoff, 1892)	1.2	20	0
Vorticella spp. (<30 мкм)	1.2	20	0
Бродяжки перитрих	2.4	20	0

Примечание. * - миксотрофные виды; в столбце «N, %» 0 соответствует значениям <0,01%

Рис. 3. Вертикальное распределение общей численности (слева) и численности отдельных видов инфузорий планктона в области максимума (справа) в оз. Моховое 10.07.2019

Сообщество инфузорий оз. Моховое характеризуется высоким вкладом симбионтсодержащих инфузорий в целом: в кислородных условиях от поверхности до 0,5 м лишь 7,8% инфузорий содержат симбиотические зеленые водоросли, а, начиная с глубины 1 м и до дна, 97% численности инфузорий (в области максимума – 99%) являются миксотрофными. Практически все виды микроаэробной и анаэробной зон содержат симбиотически водоросли. Это Euplotes diadaleo s Diller & Kounarius, 1966, Holophrya ovum (Ehrenberg, 1831) , Rimostrombidium velox (Faure-Fremiet, 1924) Jankowski, 1978 , Didinium chlorelligerum Kahl, 1935, Spathidium sp., Holophrya ovum (Ehrenberg, 1831), Disematostoma butschlii Lauteborn, 1894, Histiobalantium natans Clap. & Lachm., 1858, Paramecium cf. chlorelligerum Kahl, 1935 и др. (таблица, рис. 4). Из-за высокой численности миксотрофных инфузорий, имеющих в микроаэробных глубоких слоях озера преимущество над фитопланктоном, цвет воды кажется зеленым, благодаря пигменту симбиотических водорослей.

В исследованный нами период 2019 г. основными видами, формирующими основу максимума численности в оз. Моховое, были P. tenue и P. plancticola.

Pseudoblepharisma tenue var. viride. Впервые указывается для водоемов ВКГПБЗ. Ранее мы находили его лишь в прибрежной зоне (не в пела-гиали) полигумозных озер Самарской области. Считается редким видом, видимо, из-за довольно нечастого обследования подобных местообитаний. В оз. Моховое, напротив, его можно считать массовым, являющимся первым доминантом. Он встречался практически во всей толще в пелаги-али (у поверхности – единицы) с максимумом на глубине 1,3 м (N= 397320 экз./л, 53% общей численности). Огромная плотность инфузорий с зоохлореллами обусловливает зеленый цвет воды; невооруженным глазом неопытный исследователь может перепутать их с эвгленами (рис. 2 (1)). Размеры 113-139 × 32-42 мкм. Регистрировали еще и мелкую форму (или это молодые особи по- сле деления?): 38 × 28 мкм. Их доля составляла около 10% численности популяции вида.

Pelagothrix plancticola . Массовый вид в озере. Размер особи 71-102 × 43-60 мкм, размер более мелкой формы, составляющей в среднем 2% (максимум 10%) от численности вида, – всего 35 × 33 мкм. Размер макронуклеуса – 25 × 23 мкм. Образовывал 2 пика численности: на 1,3 м (N= 198 720 экз./л, 26% общей численности) и на 1,6 м ((N= 163920 экз./л, 83% общей численности). Вид, характерный для стратифицированных и меромиктических водоемов. В ВКЗ отмечался в 2006-2007 гг. в озерах Линево, Илантово, Долгое и Карасиха. Помимо данного вида, другие виды рода Holophrya тоже содержат зоохлореллы, что затрудняет их точное определение. Аналогично этому, существуют близкие виды и из других таксонов, тоже трудно отличимые, из-за присутствия зоохлорелл: например, облигатный Didinium chlorelligerum и D. nasutum (O.F.Muller, 1773), который, вероятно, тоже иногда содержит симбионты.

Следует отметить, что симбионты в разных видах инфузорий различаются по размеру: у таких видов как, Frontonia sp., Spathidium sp. 1, D. chlorelligerum диаметр симбиотических зеленых водорослей в среднем около 3 мкм и чуть больше; у P. plancticola , Didinium cf. nasutum, P. tenue var. viridis – приблизительно 4-5 мкм; а у D. butschlii, E. diadaleo s, P. cf. chlorelligerum симбионты крупнее – в среднем около 5–6 мкм. Это косвенное свидетельство различной видовой принадлежности самих симбионтов. Совсем недавно было установлено, что симбионт из P. tenue относится к роду Meyerella [21].

В слоях водной толщи ниже 1,5 м, наряду с перечисленными миксотрофами, развивается сапропелевая фауна: Metopus sp. и несколько видов Caenomorpha (таблица), Apsiktrata gracilis (Penard, 1922) , L. cf. sapropeli с a (рис. 5). Однако она представлена в незначительном количестве, что свидетельствует скорее о незначительных количестве сероводорода и сульфидов или об их отсутствии.

Рис. 4 . Представители миксотрофных инфузорий в толще воды оз. Моховое в июле 2019 г.:

3 – Disematostoma butschlii Lauteborn, 1894, 106 х 79 мкм; 4 – Frontonia sp., 221 х 134 мкм;

5 – Paramecium cf. chlorelligerum Kahl, 1935, 102 х 41 мкм; 6 – Histiobalantium natans Clap.& Lachm., 1858;

7 – Pelagohalteria viridis (Fromentel, 1876), 32 х 33 мкм и др.

Рис. 5. Анаэробные виды оз. Моховое:

1 – Apsiktrata gracilis (Penard, 1922), 51 × 29 мкм;

2 – Lacrymaria cf. sapropeli с a , 134 × 74 мкм;

3 – Microthorax cf. elegans Kahl, 1931, 58 × 45 мкм;

4 – Trichospira inversa (Claparède & Lachmann, 1858), 99 × 47 мкм

Некоторые интересные редкие виды и новые находки:

Lacrymaria cf. sapropeli с a (рис. 5( 2 )). Размер в сокращенном состоянии 114-134 х 54-74, Макронуклеус – 32 х20 мкм. В задней части клети – светопреломляющие гранулы. Единичные находки на глубине 1,7 м и 2,2 м. Впервые указывается для водоемов ВКЗ.

Trichospira inversa (рис. 5(4)). Размеры 80-99 х 39-47 мкм. Размер макронуклеуса – 31х20; диаметр микронуклеуса 11-12 мкм. Зарегистриро- ван в анаэробной зоне ниже 1,6 м. Впервые указывается для водоемов ВКЗ.

Spathidium sp. 1 (рис. 6( 1-2 )). Вид похож на Spathidium с hlorelligerum Kahl, 1930. Размер особи 202 х 47мкм. Макронуклеус лентовидный. Содержит симбиотические водоросли, диаметр зоохлорелл 2,9-4,6 мкм, в среднем – 3,6 мкм). Встречен единично на глубине 1,2 м. Впервые указывается для водоемов ВКЗ.

Spathidium sp. 2 (рис. 6( 3-5 )). Возможно, это Spathidium repandum Penard, 1922, но вполне

Рис. 6. Инфузории сем. Spathididae:

1, 2 – Spathidium sp. 1; 3-5 – Spathidium sp. 2

вероятно, может относиться и к другому роду – Spathidiella hyalina Kahl, 1926, S. rigida Kahl, 1930, поскольку Ма овальный, а у спатидиид он, как правило, более сложной формы. Размер 64-73 х 30 х 29 мкм. Точный диагноз возможен лишь после гистохимического окрашивания аргирома. Зоохлореллы более яркого цвета, чем у других симбионтсодержащих инфузорий из пробы. Обнаружен на глубине 1,5 м (N=240 экз./л). Впервые указывается для водоемов ВКГПБЗ.

В целом, уникальность комплекса видов исследованного болотного озера заключается в присутствии огромного количества миксотро-фов как в абсолютных, так и в относительных значениях, а также в том, что они, подобно «бактериальной пластине», формируют очень узкий и высокий максимум численности. Эти новые данные очень полезны для понимании биологии редких видов, например, основного доминанта сообщества инфузорий озера в данный период – P. tenue. В области максимума данный вид формировал 53-75% численности. Первое обнаружение данного вида с зоохлореллами указывалось для прудов Германии [12]. Относительно недавно появилась сведения о находке похожего вида в Северной Америке во Флориде [22]. Последний был более чем в 2 раза крупнее, зоохлореллы упакованы более плотно. Кроме того, флоридская разновидность способна образовывать чехол (или «лорику»). Последовательность гена 18S рРНК была аналогична и близка к тем, о которых сообщалось в литературе для данного рода и для рода Spirostomum. Интересно, что в популяции P. tenue из оз. Моховое (ВКГПБЗ) и из Флориды не встречались виды с розовой окраской, указывающей на присутствие пурпурных бактерий, в отличие от популяции пурпурно-зеленых инфузорий, обитающих в сфагновых прудах вересковой пустоши (Германия), «горячей точке» микробного разнообразия [22] и популяции из оз. Журавлиное, которое относится к группе редких ги- дробиоценозов Самарской области – верховых болот на южной границе их распространения [23, 24]. За исключением P. tenue, пока не встречались виды, содержащие одновременно и зеленые водоросли, и пурпурные бактерии. Такой «трехсторонний консорциум» физиологически сложен [25], поскольку эти две группы симбионтов обычно занимают разные ниши в природе. Зеленые водоросли (Chlorophyta) встречаются в аэробной среде, в то время как пурпурные бактерии (семейства Chromatiaceae), в основном, в анаэробной. Более того, из-за различных фотосинтетических пигментов, зеленые водоросли и пурпурные бактерии поглощают различные диапазоны волн. Таким образом, «пурпурно-зеленая инфузория» представляет собой экстраординарный пример того, как симбиоз объединяет разрозненные «физиологии» и позволяет возникающим консорциумам создавать новые экологические ниши [25].

В целом, любая интересная находка видов в редких, охраняемых местах обитания расширяет представление о распространении данного вида, вносит вклад в понимание механизма функционирования симбиотических систем, что в свою очередь способствует расширению представления о многообразии жизни. А, заботясь о сохранении разнообразия инфузорий, под защиту и охрану попадают и др. симбиотические протисты и бактерии. Однако в последнее время довольно сильно настораживает «продолжающееся снижение исследовательского потенциала по инвентаризации и классификации разнообразия протистов» [2]. С применением молекулярно-генетических методов изучения протистов, чаще стали проводиться «очаговые метагеномные» исследования про-тистов, «таксономические инвентаризации», обнаруживающие «высокое молекулярное разнообразие». И это оправдано, поскольку «ме-тагеномная характеристика даже формально описанных таксонов инфузорий служит ориентиром для оценки региональных, континентальных и глобальных моделей микробного биоразнообразия» [2]. Однако при этом чаще стали игнорироваться морфологические исследования, в результате чего вид остается до конца не определенным и не названным. К сожалению, широко распространенной ошибкой биологов является игнорирование и «очернение» так называемых описательных наук, которые предоставляют теоретикам и экспериментаторам первичные знания для дальнейших обобщений [26]. Нельзя забывать, что представляют собой интерес и симбионты инфузорий, поскольку с большой долей уверенности можно утверждать, что и в их составе возможны новые находки.

В заключение , можно утверждать, что, исследуя сообщества инфузорий редких местообитаний мы способствуем выявлению потенциального, скрытого разнообразия. А оно включает в себя «невидимые невооруженным глазом виды, виды, находящиеся в состоянии покоя, либо присутствующие в таком малом количестве, что они остаются незамеченными» [27]. Поэтому необходимо увеличивать усилия по отбору проб в малоисследованных пресноводных водоёмах с целью выявления данного скрытого разнообразия. О необходимости включать мелкие водные организмы в исследования биоразнообразия и разрабатывать принципы по управлению «загадочным или скрытым» разнообразием пишут многие исследователи [27]. К счастью, исследованное нами оз. Моховое уже имеет охранный статус в силу нахождения на территории заповедника. Однако в глобальном масштабе все еще остается проблема в исследовании биоразнообразия инфузорий, связанная с меньшей привлекательностью таких водоемов (в частности не находящихся под государственной охраной) для лимнологов и отсутствием хорошо подготовленных специалистов по систематике инфузорий, способных грамотно сочетать морфологические и молекулярно-генетические методы исследования.

Автор выражает благодарность администрации ВКГПБЗ в лице директора А. В. Павлова за предоставленную возможность работать на территории заповедника, заместителя директора по управлению, экологическому образованию и туризму Е. Н. Унковской и всем сотрудникам и волонтерам – участникам экспедиции в июле 2019 г. за плодотворный комплексный отбор проб. Автор также признательна М. В. Уманской и М. Ю. Горбунову за предоставленные данные по гидрофизическим параметрам среды.