В последние годы все чаще появляются сообщения о токсичном цветении сине-зеленых водорослей летом даже в озерах Германии, вызванном потеплением климата и увеличением поступления питательных веществ. Однако люди оказывали влияние на развитие сине-зеленых водорослей, начиная с бронзового века, примерно с 2 000 лет до нашей эры.

Таков вывод исследования ученых из Немецкого исследовательского центра геонаук GFZ и их коллег, опубликованного в журнале Communications Biology. Поскольку некоторые сине-зеленые водоросли, также известные как цианобактерии, не оставляют видимых ископаемых следов в отложениях из-за своего небольшого размера, мало что известно о том, как они развивались в наших озерах в течение последних столетий и тысячелетий.

Используя ДНК из отложений, исследователи впервые смогли расшифровать историю развития сине-зеленых водорослей за последние 11 000 лет в отложениях озера в Мекленбурге, Германия.

История вопроса: Сине-зеленые водоросли и их размножение

В последние десятилетия сине-зеленые водоросли размножились во многих водоемах. Причины этого - антропогенные: увеличение поступления питательных веществ и глобальное потепление. Некоторые виды сине-зеленых водорослей токсичны, поэтому массовое цветение в водоемах для купания может быть даже опасным для здоровья. Они могут вызывать аллергию при контакте с кожей или - в случае небольших ран - инфекции, а при попадании в питьевую воду, например, в крайних случаях могут даже вызывать рак печени.

Цианобактерии, как называют сине-зеленые водоросли, являются одними из самых древних известных организмов, осуществляющих фотосинтез. Современные наземные растения унаследовали от цианобактерий способность вырабатывать кислород и фиксировать углекислый газ. У цианобактерий есть еще одна способность, которая отличает их от других водорослей. Они могут поглощать азот из атмосферы и использовать его в качестве питательного вещества. Эта способность является одной из причин распространения сине-зеленых водорослей за счет других водных организмов, которые все больше вытесняются.

ДНК как ключ к отслеживанию сине-зеленых водорослей

В отличие, например, от диатомовых водорослей, большинство сине-зеленых водорослей не оставляют ископаемых следов в отложениях, которые позволили бы провести широкую таксономическую дифференциацию как отдельных видов. В результате этого малоизвестно, как сине-зеленые водоросли в наших озерах эволюционировали на протяжении нескольких тысячелетий.

"Однако новые методы позволяют обнаружить ДНК различных организмов в отложениях, что дает нам возможность расшифровать историю этих цианобактерий", - объясняет Эбука Нвосу из Немецкого исследовательского центра геонаук GFZ, ведущий автор нового исследования. Работа, в которой участвовали другие партнеры, была выполнена в рамках докторской диссертации Эбуки Нвосу.

Руководили работой Сюзанна Либнер, руководитель рабочей группы GFZ в секции геомикробиологии и профессор Потсдамского университета, и Ахим Брауэр, руководитель секции климатической динамики и развития ландшафтов GFZ и профессор Потсдамского университета.

Для этого исследования ученые выбрали отложения из озера в природном парке Носсентинер-Швинцер Хайде в Мекленбурге-Передней Померании, Германия. "Мы хорошо знаем озеро Тифер Зее и очень точно датировали его отложения, поскольку оно уже много лет является частью программы мониторинга озер TERENO Немецкого исследовательского центра геонаук", - говорит Ахим Брауэр, объясняя выбор этого озера.

Для исследования была определена ДНК цианобактерий в 11-метровом керне отложений, а затем проанализировано количество и состав видов сине-зеленых водорослей, а также их разнообразие.

Эволюция сине-зеленых водорослей на протяжении тысячелетий: особое влияние человека

Таким образом, исследователи смогли показать, что сине-зеленые водоросли уже присутствовали в самых старых образцах, исследованных 11 000 лет назад, вскоре после образования озера. Однако количество и разнообразие видов было очень низким, и сине-зеленые водоросли, вероятно, не играли особой роли в экосистеме озера.

В течение многих тысячелетий ситуация не менялась. Только с появлением первых находок захоронений бронзового века вблизи озера примерно в 2000 году до н.э. количество и видовые сообщества сине-зеленых водорослей значительно увеличились. "Это говорит о том, что даже ранние культуры оказывали влияние на баланс питательных веществ в озере посредством сельскохозяйственной деятельности", - говорит Эбука Нвосу.

Впоследствии естественное состояние, предшествовавшее этим первоначальным изменениям, так и не было восстановлено. Напротив, с каждым последующим этапом заселения, причем преимущественно в более теплых климатических условиях, сине-зеленые водоросли и их видовые сообщества продолжали разрастаться в озере Тифер Зее.

С тех пор как началось промышленное сельское хозяйство со значительно возросшим поступлением азота, это развитие еще более ускорилось. "Однако условия для такого развития событий были созданы гораздо раньше, чем мы предполагали ранее", - говорит Сюзанна Либнер. Она также добавляет, что вызванное питательными веществами увеличение количества сине-зеленых водорослей, вероятно, будет еще более благоприятствовать все более теплому лету в будущем.