Не разбить водой: «микробный каркас» преобразит заброшенные водоемы в лечебные озера

Исследователи из Сибирского федерального университета и Института биофизики СО РАН, совместно с зарубежными коллегами, провели многолетнее исследование, в ходе которого выяснили, что происходит с глубокими природными водоемами при полном перемешивании их слоев. Важно, что в восстановлении функций микробиоты ключевую роль играет так называемый микробный каркас — совокупность бактерий, обеспечивающих устойчивость экосистемы. Результаты работы могут стать основой для управления природными водоемами и создания курортных озер с определенными свойствами, однако поддержание таких объектов потребует сложных инженерных решений, а заявления о лечебных свойствах должны основываться на научных данных, предостерегли эксперты. Об этом сообщает сайт Известия.

Исследование проводилось на примере озера Шира в Хакасии. Полное перемешивание его слоев привело к исчезновению ядовитого сероводорода, который накапливался в глубинных водах, после контакта с верхними слоями. Микробиота водоема также претерпела значительные изменения. Озеро, находящееся в Северо-Минусинской котловине, имеет площадь около 35 кв. км и глубину до 24 м. Вода содержит различные минералы, включая соли натрия и магния, что придает водоему бальнеологические свойства. На дне расположены пласты сульфидной грязи, образовавшиеся в результате жизнедеятельности бактерий, используемые в лечебных целях. Полное перемешивание озера произошло в 2015 году из-за раннего таяния льда и сильных ветров.

Как отметил руководитель исследования, профессор Денис Рогозин, в озерах глубиной более 10 м водная толща обычно разделена на слои: верхние теплые и нижние холодные с низким содержанием кислорода. В таких водоемах часто скапливаются ядовитые газы, такие как сероводород. Вода на глубине отличается повышенной соленостью, что делает перемешивание редким, а реакция микробиоты на такие события остается недостаточно изученной. Ученым удалось наблюдать за процессом благодаря многолетнему мониторингу и современным методам анализа ДНК.

Ценность открытия заключается в понимании того, что акватория может восстанавливаться через сохранение функций. После гибели одних микроорганизмов их функции берут на себя другие бактерии, что позволяет сохранять серный, азотный, фосфорный и другие циклы в озере.

В ходе исследования было выявлено 21 штамм, сформировавший «микробный каркас», который помог микробиоте пережить экологический катаклизм. Озера, подобные Шире, являются ценными рекреационными объектами, куда ежегодно приезжают тысячи людей для оздоровления и отдыха. Понимание процессов в микробиоме может помочь в разработке механизмов сохранения полезных свойств водоема и прогнозировании изменений качества воды.

В будущем эти технологии могут позволить управлять состоянием озер и целенаправленно формировать определенные свойства. Полученные знания также могут быть применены для создания искусственных водоемов с заданными характеристиками, например, на месте заброшенных карьеров и выработанных рудников, а также в небольших морских бухтах и заливах с низким водообменом.

Общие закономерности, такие как разделение на кислородные и бескислородные зоны, доминирование серного цикла и наличие функционального микробного каркаса, могут быть применимы к другим подобным водоемам. Это позволяет использовать полученные данные для прогнозирования состояния озер с учетом местных условий. Создание новых «лечебных» акваторий возможно, однако поддержание их свойств на протяжении десятилетий представляет собой отдельную инженерную задачу. Для масштабирования таких проектов потребуются специальные правовые и экономические механизмы.

Специалисты могут регулировать соленость, содержание кислорода и поступление органических и минеральных веществ, что определяет, какие микроорганизмы могут существовать в разных слоях и какие биохимические реакции происходят. Однако между возможностью управления микробиологией водоема и созданием «лечебного озера» с заданными свойствами существует принципиальная разница. Сначала необходимо определить параметры, отвечающие за нужные свойства воды, а затем установить, какие микробные сообщества способны их поддерживать. Заявления о лечебных эффектах должны быть подтверждены клиническими исследованиями. Важно также понимать задачи управления свойствами озер, где речь идет о естественных водоемах с ценной экосистемой. Здесь необходимо не «улучшать», а охранять экосистему, снижая антропогенную нагрузку и предотвращая загрязнение.