Река под микроскопом
Сегодня отмечается Международный день рек. В этот день по всему миру проходят акции за сохранение рек и их биоразнообразия, а также против их загрязнения и уничтожения. Корреспондент студенческой редакции побеседовала с молодым учёным, ассистентом кафедры экологии Института биологии и биомедицины ННГУ им. Н.И. Лобачевского Вячеславом Жихаревым. Мы узнали, как проходят экспедиции гидробиологов, какие микроорганизмы обитают в реках Нижегородской области, чем опасно загрязнение водоёмов и как с ним бороться.
Вячеслав Жихарев
— Расскажите, чем интересна сфера гидробиологии? Почему важно и нужно исследовать водные ресурсы?
— Гидробиология очень разнообразна. Наша исследовательская группа под руководством доктора биологических наук Галины Шургановой занимается изучением зоопланктона. Это организмы, которые обитают в воде и имеют микроскопические размеры. Микромир, который в большинстве своем не виден человеческому глазу, крайне интересен. Он живет по своим «экологическим законам», порой подчиняется чётким закономерностям, но также таит в себе еще много неизученного и скрытого даже от самых мощных микроскопов. Кроме того, наша наука имеет множество прикладных аспектов. Актуальными остаются проблемы качества воды и сохранения биологического разнообразия.
Отбор проб зоопланктона правобережной части Чебоксарского водохранилища в районе Чкаловской лестницы
— На протяжении пяти лет вы участвуете в экспедиции «Плавучий университет Волжского бассейна», какая у вас цель? Меняются ли задачи на разные годы исследований?
— «Плавучий университет Волжского бассейна» — это комплексный проект по изучению текущего и прогнозированию будущего экологического состояния водохранилищ Волги и притоков. Такие задачи решаются не только крупными учеными, но и студентами и аспирантами. В процессе экспедиций молодые ученые получают практические навыки и умения, которые затем успешно применяют в своих исследованиях. Как правило, сначала мы проводим рекогносцировочные исследования, а на следующий год уже приступаем к решению намеченных задач.
Спуск на воду лодки для отправки группы ученых в устьевую область р. Ветлуга
— Каково это исследовать реки? Это похоже на фильмы Кусто? Или совсем иначе выглядит?
— Романтику экспедиций сложно передать словами. Я с каждым годом все больше убеждаюсь, что путешествия даже в пределах нескольких областей могут дать так же много эмоций, как поездки в далекие страны. Но важно понимать, что экспедиции — это не только красивый вид за бортом исследовательского судна, это большой труд, часто в не самых приятных условиях. В экспедициях не до отдыха! Но мы научились совмещать приятное с полезным. Наши экспедиции зачастую проходят не в таких экстремальных условиях, как у Кусто, но в целом похожи. Работа в дождь, ветер и волны – неотъемлемая часть почти каждой экспедиции. Природа под нас не желает подстраиваться!
Отбор проб зоопланктона на мелководье в устьевой области р. Керженец
— Опишите процесс изучения воды в реке. Во сколько этапов это проходит и сколько занимает времени?
— Перед каждой экспедицией формируется план. Непосредственно на местности процесс работы отлажен, как часы. Работа всегда идет в паре, где каждый человек знает свои обязанности. Кто-то занимается отбором проб воды, кто-то зондированием с помощью приборов водной толщи, кто-то фиксирует всю информацию на бумаге или планшете. Так устроена работа на одной станции отбора проб. Такая работа выполняется примерно за полчаса. Но важно понимать, что наши исследования охватывают достаточно большую территорию и часто на одном водном объекте мы закладываем 10 станций. Поэтому вылазка, например, в устьевую область реки Ветлуги, часто длится 5 и более часов.
Новый для науки вид ветвистоусых ракообразных — Graptoleberis smirnovi Sinev & Gavrilko, 2020. Вид описан старшим преподавателем кафедры экологии ИББМ, к.б.н. Д.Е. Гаврилко вместе с д.б.н., доцентом кафедры зоологии беспозвоночных биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова А.Ю. Синёвым
— Что же удаётся найти в экспедициях?
— Помимо стандартных мониторинговых данных из экспедиций часто получается привезти достаточно уникальный материал. Нашей исследовательской группой уже найдено несколько видов, которые ранее никто не находил на территории не только нашей области или европейской части России, но и всей Европы в целом. Мой коллега кандидат биологических наук Дмитрий Гаврилко вместе с доктором биологических наук Артемом Синёвым из МГУ им. М.В. Ломоносова описал новый вид для науки, который не встречал еще никто на нашей планете.
Исследования фауны зоопланктона зарослей макрофитов. Слева к.б.н. Дмитрий Гаврилко (Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского), справа д.б.н. и крупнейший специалист по кладоцерам подсемейства Aloninae Артем Синёв (МГУ им. М.В. Ломоносова)
— А что происходит после экспедиций? Куда передаются полученные данные?
— На самом деле, экспедиция – это примерно 10-20% объема нашей работы. Все собранные пробы воды и данные зондирования водной толщи поступают в нашу лабораторию. Далее начинается очень трудоемкий процесс работы за микроскопом. Эта работа не для всех, она в какой-то степени «ювелирная», порой монотонная, но крайне интересная. Полученные результаты или находят отражение в научных статьях и диссертациях или передаются заказчикам. Например, мы часто выполняем научные исследования для Керженского заповедника.
Гидрохимические исследования коллег из МГУ им. М.В. Ломоносова, в развернутой на судне лаборатории
— Как подготовиться к экспедиции? Что нужно обязательно знать и взять с собой? Есть ли опасность в самих экспедициях?
— Весь спектр природных катаклизмов может застать нас в экспедициях. Но так как наша среда — это вода, то необходима сменная одежда и дождевики. И, как мы часто шутим, «еще тонна оборудования». Любая экспедиция начинается с инструктажа по технике безопасности. Работа на воде всегда сопровождается рисками, и только выполнение всех правил поможет «выйти сухим из воды». Первое и самое главное правило – это работа в команде. Мы никогда не действуем по одиночке. Наличие средств связи и спасательных жилетов также является обязательным.
Пробы зоопланктона, отобранные в устьевой области р. Казанка. Слева пробы из участка реки ближе к водохранилищу, справа пробы, отобранные в 10 км выше впадения реки в водохранилище
— Расскажите о водном микромире в нижегородских реках. Какое оборудование для исследования вы используете? Как часто находите новые микроорганизмы?
— Микромир рек нашего региона крайне разнообразен. Сотни видов обитают даже в небольших реках. Гидробиологические оборудование — это уникальные приборы, изготовлением которых в мире занимается всего несколько компаний. Одна из таких мастерских находится в Институте биологии внутренних вод РАН в посёлке Борок. Порой необходимое оборудование мы изготавливаем сами. Наш самый главный прибор – это планктонная сеть. С ее помощью мы отбираем пробы воды. Размер ячеек такой сетки позволяет пропускать воду, но задерживать микроорганизмы.
В полевых исследованиях мы часто пользуемся гидрохимическими зондами. С их помощью мы определяем, например, содержание кислорода в воде, температуру или соленость воды. Кроме того, уже в лабораторных условиях наш главный прибор это микроскоп. Хорошая оптика позволяет комфортно работать с пробами и помогает в идентификации видов. С каждым годом увеличивается количество находок так называемых чужеродных видов. В наших реках нами было обнаружено уже более десятка организмов. В первую очередь, это тропические теплолюбивые виды. В последнее время часто начали встречаться трансконтинентальные чужеродные виды, которые проникли к нам из Северной Америки.
Фотографии, американского рачка Pleuroxus denticulatus Birge, 1879 сделанные при помощи сканирующей электронной микроскопии
— Какие изменения наблюдаются? Что вы можете сказать о состоянии воды в реке по результатам последних исследований? Волга стала чище или грязнее?
— Тенденции, которые мы наблюдаем в волжских водохранилищах, протекают на фоне глобального изменения климата. Повышение температуры воды приводит к увеличению минерализации воды, что способствует расселению некоторых видов из Каспийского моря. Мы фиксируем увеличение степени эвтрофирования, все чаще наблюдаем массовое развитие цианобактерий, которое часто называют «цветением». Все эти процессы связаны температурным режимом в нашем регионе и количеством органики, которое поступает в реки. Конечно же, водные организмы реагируют на все эти изменения. Чище и грязнее – понятия очень растяжимые. Грязнее для кого? Для водных организмов? Они реагируют быстро, хорошо приспосабливаются к изменяющимся условиям среды. Грязнее для человека? С точки зрения санитарного состояния, наши реки становятся грязнее и менее пригодными к хозяйственно-бытовому употреблению. Но это, в первую очередь, вина человека. Мы можем сократить антропогенную нагрузку на реки. Методы и четкие шаги предлагаются учеными. Далее очень важен административный ресурс.
— Как вы оцениваете экологическую обстановку в водоемах Нижнего Новгорода?
— Наша исследовательская группа проводила исследования многих рек и озер нашего региона. Экологическое состояние зависит от степени и типа антропогенной нагрузки на водный объект. В среднем наши озера и реки являются умеренно-загрязненными. Наиболее загрязненными традиционно являются водоемы и водотоки урбанизированных территорий. Конечно, особое внимание стоит уделить реке Оке. К сожалению, сегодня эта река, и в особенности ее устьевая область, совершенно точно входит в десятку самых грязных рек нашей страны.
— Насколько сильно сказывается на состоянии Волги влияние близрасположенных заводов и туристических речных прогулок?
— Достаточно сильно. Крупные заводы — это мощные источники загрязнения рек. Заводские стоки – источники тяжелых металлов или элементов, которые не присущи природным водам. На туристических маршрутах основным является механическое загрязнение. Бытовой мусор сегодня можно встретить во всех туристических точках не только в городе, но и за его пределами.
— Что ждёт нас в будущем, если реки перестанут изучать и защищать их экологическое состояние?
— На сегодня реки стали настоящими водными магистралями. Реки закапывают, убирают в трубы, превращают в водохранилища, изменяют их русло. Всё это почти никогда не идет на пользу рекам, как природным и естественным объектам. Увеличивается забор воды из рек. В конечном счете бездействие может привести к истощению водных ресурсов, а те, что остались, из-за сильной антропогенной нагрузки могут стать непригодными для бытовых нужд.
Судно готовится к выходу в озёрную часть Горьковского водохранилища
— И что же необходимо делать, чтобы их очистить?
— В первую очередь, мы должны четко понять, что реки — это такая же окружающая среда, как и наш двор или лужайка на даче. Отношение должно быть соответствующее. Если говорить о серьезных источниках загрязнения, то крупные предприятия должны серьезно модернизировать свои очистные сооружения. В городах должна работать ливневая канализация, а все стоки должны проходить очистку.
Проведение лекции для студентов кафедры гидрологии суши МГУ им. М.В. Ломоносова
— Какие мероприятия в защиту водоемов области проводит Институт биологии и биомедицины?
— В основном, это просветительская деятельность. Через ИББМ проходят сотни студентов каждый год. Мы стараемся всем уделить внимание и рассказать не только об экологических проблемах, но и путях их решения. Часть студентов принимает участие в научных исследованиях. Нередко к нам за советом приходят и органы местного самоуправления. В преддверии реализации экологических проектов мы часто выступаем экспертами. Наши исследования, например, стали основой экологических паспортов на многие водоемы нашего города.
— Как много исследователей из ННГУ занимаются вопросом? Сложилась ли уже какая-то своя школа в этом направлении?
— Сегодня наша команда сформировалась в Научно-исследовательскую лабораторию водных экосистем, которой руководит профессор Галина Шурганова. Ее опыт и чуткость позволили задолго до создания лаборатории объединить единомышленников в дружный коллектив нижегородских гидробиологов. Сегодня в нашей лаборатории работают как студенты, так и уже состоявшиеся ученые не только кафедры ИББМ, но и регионов нашей страны. Мы можем с уверенностью сказать, что школа нижегородских гидробиологов одна из самых сильных в нашей стране. Прекрасный руководитель, дружный коллектив, современное оборудование и четкое понимание целей и задач, вот залог успеха нашей школы.
Исследовательская группа в научной лаборатории
— Какое самое интересное открытие в водах Волги совершено командой гидробиологов ННГУ?
— Открытий было много, и все они интересные. Многолетние исследования водохранилищ Средней Волги, которые проводила и проводит наш руководитель Галина Шурганова, стали основой экологического мониторинга Горьковского и Чебоксарского водохранилищ. Они также послужили основой для прогнозирования последствий поднятия уровня Чебоксарского водохранилища и строительства низконапорного гидроузла.
Исследования Татьяны Золотаревой рассказали нам об североамериканском чужеродном виде Kellicottia bostoniensis (Rousselet, 1908). Ее многолетний труд позволил впервые провести анализ количественного развития и натурализации вида-вселенца в ряде водоемов нашей области.
Дмитрием Гаврилко было впервые установлено влияние зарослей макрофитов на пространственное размещение сообществ зоопланктона малых водотоков, а также впервые проведен анализ структуры зоопланктоценозов зарослей макрофитов в водотоках на основе функциональных признаков видов.
В рамках программы «Открываем Россию заново» нижегородские планктонологи провели мастер-классы для студентов Астраханского госуниверситета им. В.Н. Татищева по оценке экологического состояния водных экосистем Средней Волги
Мои исследования сосредоточены в области гидроэкологии устьевых областей притоков водохранилищ Средней Волги. Мной впервые выделены сообщества зоопланктона в устьевых областях малых, средних и крупных притоков равнинного водохранилища, а также в устьевых областях, которые имеют различное морфологическое строение. Установил, что вне зависимости от масштаба притока и типа устьевой области происходит формирование особой зоны, которая в связи с проявлением краевого эффекта может быть охарактеризована как экотон. Мои исследования позволили установить, что в экотонах отмечается заметное увеличение численности, биомассы, разнообразия, видового богатства зоопланктона. Впервые показано увеличение в экотонах функционального богатства зоопланктона.
Кроме того, вся наша исследовательская группа в результате многолетних исследований фауны Нижегородской области описала не только большое количество находок редких видов зоопланктона, но и ряда видов-вселенцев, ряд из которых были впервые обнаружены не только для нашего региона, но Европейской России или Европы в целом.
— Как у любого исследователя, у вас наверняка есть грандиозные мечты и цели. Поделитесь планами на будущее.
— Моя главная мечта сформировалась еще на 3 курсе бакалавриата, когда я только знакомился с водным микромиром. Смотря на ученых нашей кафедры, мне и самому захотелось внести свой вклад в науку. Так я пришел в команду Галины Шургановой. А дальше скромные желания заниматься наукой переросли в четкую мечту – защитить диссертацию и стать кандидатом биологических наук. Мой путь от студента до преподавателя кафедры, на которой я сам когда-то учился, занял 10 лет. И уже через несколько месяцев состоится защита моей кандидатской диссертации, а значит исполнение этой мечты уже не за горами. Но за ней обязательно будет много мечтаний, интересных экспедиций и новых открытий!
