Красного прилива цвет
О красных приливах бродит по миру множество слухов, написаны сотни книг и тысячи репортажей, их изучению посвящены многочисленные научные работы, степень детализации которых год от года растёт. И всё же суть этих явлений — а главное, причины их возникновения — пока не до конца ясны. Впрочем, это отражает не степень общей загадочности красных приливов, а скорее уровень системных наблюдений за жизнью в море по всему миру. Чем дальше продвигаются учёные в объяснении процессов, происходящих на солёных акваториях, чем разностороннее становятся подходы, тем больше открывается новых особенностей и деталей, к пониманию которых наука приходит лишь постепенно и с использованием комплекса самых разных методов.
В море живут микроводоросли — как правило, одноклеточные или колониальные организмы, в различной степени способные добывать себе энергию для жизни с помощью фотосинтеза, а также путём усвоения готовой органической пищи. Большинство из них могут совмещать эти полезные свойства — в зависимости от условий среды обитания. Если микроводорослей, населяющих толщу воды, где-то становится очень много, то учёные и другие наблюдатели говорят об их цветении. В тех случаях, когда такое массовое развитие водорослей несёт опасность для остальных обитателей моря и — разностепенно — для человека, его называют вредоносным цветением водорослей (или harmful algal bloom). Частный случай вредоносного цветения водорослей — красный прилив: результат быстрого и весьма активного размножения в приповерхностном слое моря микроводорослей из числа динофлагеллят и/или диатомей, при котором концентрация их клеток в литре воды может достигать сотен тысяч и даже миллионов. При этом вода на пространствах, охватывающих десятки и сотни километров, окрашивается обширными пятнами в красный, бурый, зеленовато-голубой, желтоватый или золотистый цвета — в зависимости от того, какой из видов расплодился в составе облаков цветения особенно массово. Состав пигментов и их сочетание в хлоропластах разных видов микроводорослей, да и сама концентрация хлоропластов внутри их клеток неодинаковы — оттого будет различаться и общая окраска цветения.
Если охватить это явление взглядом целиком — например, из окна самолёта, с большой высоты, или же на спутниковом снимке высокого разрешения, сделанном с учётом флуоресценции фотосинтетических пигментов (например, хлорофилла а) на поверхности моря, то становится хорошо видно, что пятна цветения разной интенсивности вырисовываются струями течений: в форме завитков, грибов с распростёртыми и закрученными шляпками или извилистых жил. Такая картина говорит о том, что цветение переносится движением вод и cвязано c характеристиками отдельных водных масс, например с концентрацией соединений азота, фосфора и железа в отдельных струях течений.
Конечно же, для развития цветения микроводорослям нужны ресурсы, и это не только солнечный свет, вода и растворённый в ней СО2: необходимы ещё питательные вещества. И для динофлагеллят, и для диатомей хорошим ресурсом для роста служат фосфаты и нитраты, а стимулом к массовому размножению зачастую выступают ионы железа. Поэтому, если где-то в море имел место апвеллинг — сезонный или эпизодический подъём глубинных вод, богатых азотом, фосфором и другими биогенными веществами, то микроводорослям уже есть на чём расти. Добавим к этому тихую погоду (допустим, после сильных штормов или урагана), прогрев поверхностных вод и лёгкий ветер, и получим минимальный комплекс условий для формирования цветения. Иногда ему способствует и изменение солёности.
Если же ветра и течения приносят разрастающиеся пятна цветения к берегам, то здесь их встречают поля высоких концентраций биогенов, пришедших в море с водами суши: с дождевым стоком, со сточными водами человеческих поселений, а также с речными водами, приносящими удобрения с полей сельхозугодий и просто с лужаек и газонов, где заботливые хозяева активно вносят их в почву. Здесь, у берега, цветение развивается ещё более бурно, достигая тех самых концентраций в миллионы клеток на литр. И становится вредоносным, обретая статус красного прилива. К этому располагает ещё одна цепочка явлений: нагонный ветерок собирает клетки микроводорослей густыми полями вдоль берегов, плотность их пятен стремительно растёт и их влияние на окружающую среду проявляется всё более ощутимо.
Вредоносность цветения водорослей может проявляться двояким образом.
Во-первых, если даже сами клетки массового вида (или группы видов, образующих цветение) не токсичны, то при больших скоплениях они начинают активно затенять друг друга, лишая доступа к солнечному свету. При этом фотосинтез у затенённых клеток уступает место дыханию с потреблением кислорода, и его концентрация в областях, охваченных густыми пятнами, стремительно снижается. В результате кислорода перестаёт хватать и другим жителям вод (планк-тонным беспозвоночным, рыбам, другим микроводорослям). Одни из них успевают уплыть из поражённой области, если это позволяют её размеры и степень мобильности организмов. Другие, как правило, массово гибнут. Их трупы активно потребляются бактериями… тоже дышащими кислородом. И его концентрация в среде падает ещё сильнее. Заметим, что и сами микроводоросли, лишившись в плотной «толпе» как солнечного света, так и возможности дышать, тоже гибнут — и делают это не менее массово, чем доселе размножались. Образуются гипоксические области — смертоносные пятна с очень низкой концентрацией кислорода. Далее начинается зарастание плотного слоя отмирающих клеток колониями бактерий, формирующих с ними густую гниющую массу, которая выделяет газообразные продукты разложения в форме пузырей, удерживающих фрагменты этой массы на поверхности. А также обильное выпадение ошмётков гниющей массы на дно — с распространением туда гипоксического облака и замором донных беспозвоночных и рыб. Затем трупы крабов, креветок, морских ежей, звёзд, губок и различных видов рыб выносит на берег. И часто в огромных количествах.
Во-вторых, если микроводоросли, сформировавшие облака обильного цветения, обладают способностью производить токсины, то при высокой концентрации клеток часто приступают к их синтезу. У разных видов динофлагеллят и диатомей токсины различаются и по структуре, и по механизмам воздействия на других существ. Например, динофлагеллята Karenia brevis, всё чаще формирующая красные приливы у берегов Мексиканского залива, способна синтезировать бревитоксины — вещества, влияющие на натриевые каналы в мембранах нервных клеток. Это нервно-паралитические яды, воздействующие особенно эффективно на позвоночных животных. Так, в ходе красного прилива, охватившего юго-западное прибрежье Флориды в октябре 2017 года и продолжавшегося 11 месяцев, до сентября 2018-го, погибли 452 морские черепахи из числа охраняемых видов и 92 ламантина.
Даже у тех людей, что в период бурного цветения K. brevis просто прогуливаются по берегу, возникают раздражение кожи, глаз, дыхательных путей и кашель. Вдыхание аэрозолей с бревитоксинами способно вызвать серьёзные проблемы у больных астмой и другими респираторными недугами. Как же яд попадает в воздух? При массовом скоплении клеток часть из них гибнет, и токсин высвобождается в воду, а затем поступает в воздух вместе с пузырьково-капельной массой аэрозолей, сдуваемых ветром с гребней небольших волн в сторону берега.