Данная статья является реферативным изложением основной работы. Полный текст научной работы, приложения, иллюстрации и иные дополнительные материалы доступны на сайте III Международного конкурса научно-исследовательских и творческих работ учащихся «Старт в науке» по ссылке: https://www.school-science.ru/0317/1/29251
Актуальность работы
Байкальские эндемичные губки являются наглядным примером сбалансированного, устойчивого и взаимовыгодного сообщества. Это сообщество представляет собой особую экологическую нишу в озере Байкал, где могут активно функционировать микроорганизмы, не способные выжить в олиготрофных условиях водной толщи.
Губки семейства Lubomirskiidae – важный элемент экосистемы озера Байкал, являющиеся наиболее массовыми эндемичными животными, имеют интенсивную зеленую окраску благодаря фотосинтезирующим эндосимбионтам – одноклеточным зеленым водорослям, представителям типа Chlorophyta. Наиболее массовыми видами губок в оз. Байкал являются представители родов Lubomirskia и Baikalospongia. Именно они формировали неповторимый ландшафт дна озера.
По данным последней ревизии байкальской спонгиофауны, в озере обитают 13 видов губок, относящихся к эндемичному сем. Lubomirskiidae Rezvoj, и 5 видов космополитного сем. Spongillidae Gray, эта группа является постоянным и весьма значимым компонентом бентосных сообществ. Биомасса губок во многих случаях превышает биомассу всех прочих групп зообентоса вместе взятых (Кожов и др., 1969; Кожов, 1970).
Летом 2011 г. на оз. Байкал было обнаружено необычное явление: окраска некоторых губок изменилась с зеленой на грязно-розовую. Изменения в окраске были зафиксированы у представителей разных видов сем. Lubomirskiidae. В последующие годы состояние спонгиофауны оз. Байкал претерпело катастрофические изменения. По наблюдениям 2014-2015 гг., в зависимости от расположения, 30-100% всех трех экологических форм губок (корковых, ветвистых и шаровидных) были больны, повреждены или мертвы.
Цель исследования – изучить состояние губок семейств Lubomirskiidae и Spongillidae в современной экологической системе озера Байкал.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Изучить состояние спонгиофауны озера Байкал.
2. Провести анкетирование учащихся МАОУ СОШ № 47 г Улан -Удэ.
3. Изучить и провести анализ современного состояния мероприятий по сохранению озера Байкал.
4.Предложить меры защиты от негативного техногенного и антропогенного воздействия на экосистему озера Байкал, создать буклет.
Объектом исследования являются байкальские губки.
Предмет исследования – экологическая ситуация спонгиофауны озера Байкал.
Научная новизна работы:
-обобщены материалы по проблеме гибели губок;
-предложен комплексный подход к решению вопроса по сохранению спонгиофауны и экосистемы озера Байкал в целом.
Основные положения работы:
– значение губок для устойчивого развития экосистемы озера Байкал;
– причины негативного воздействия на спонгиофауну озера Байкал;
– комплекс мер по защите и сохранению Байкальской фауны и флоры
Методологическая база исследования – общенаучная.
Методы исследования использованные в работе:
– сбор, изучение и обобщение материалов;
– мониторинг исследуемой проблемы в исследованиях специалистов и материалах средств массовой информации;
– анализ и синтез проблемы на основе собранных материалов;
– наблюдение
– анкетирование
Теоретическая и практическая значимость:
- в данной работе собраны и систематизированы проблемы современного состояния спонгиофауны озера Байкал;
- возможно ее применение для изучения учащимися средних школ на занятиях по биологии и экологии.
Гипотеза исследования – мы считаем, что основная причина заболевания губок заключается в антропогенном воздействии и поэтому, если не изменить экологическую ситуацию на озере Байкал, то процессы самоочищения экосистемы будут нарушены.
1.1. Спонгиофауна озера Байкал
Озеро Байкал – древний и уникальный пресноводный водоем мира (возраст Археобайкальской системы оценивается в 60 млн. лет (Мац и др., 2001)), пережил сложную и богатую событиями историю, повлиявшую на формирование его уникальной фауны и флоры. По видовому разнообразию Байкал занимает первое место в мире среди других озерных систем. По последним данным (Тимошкин, 1995), в Байкале обитает около 2500 видов и подвидов водных животных. Своеобразие фауны и флоры Байкала состоит в том, что здесь очень высок процент эндемизма. По меньшей мере, 56% от общего количества животных являются эндемиками озера, в некоторых группах процент эндемизма достигает 100% (Тимошкин, 1999).
Спонгиофауна озера Байкал. Первые сведения о губках, обитающих в озере Байкал, относятся к XVIII веку. Известный путешественник П.С. Паллас описал ветвистую жестковатую губку зеленого цвета и назвал ее Spongia baicalensis (Pallas, 1771). Это название сохранялось в литературе почти сто лет (Georgi, Middendorff, Grube: цит. по Dybowsky, 1880). В 1870 г. Н.Н. Миклухо-Маклай на основании только внешнего сходства причислил байкальскую губку к описанному им морскому виду Veluspa polymorpha Mcl., 1870 в качестве вариетета var. baicalensis (Miklucho-Maclay, 1870). Спустя десять лет была опубликована первая монография, посвященная байкальским губкам (Dybowski, 1880). В. Дыбовский проанализировал губки, собранные в районе Южного Байкала, и губки, отнесенные Н.Н. Миклухо-Маклаем к различным вариететам вида Veluspa polymorpha. В результате были выявлены значительные отличия этих групп и показана неправомерность объединения байкальских губок с морскими формами. Впервые все байкальские губки были объединены в самостоятельную эндемичную группу – род Lubomirskia Dybowski, 1880, в пределах которого были описаны четыре вида с несколькими вариететами. В дальнейшем был опубликован ряд работ, в которых описывались новые виды или пересматривался таксономический статус уже известных видов (Сукачев, 1895;Сварчевский, 1901, 1902; Annandale, 1914: цит. по Ефремова, 2001;Макушок, 1927а, 1927б). Кроме того, Б.А. Сварчевским были описаны представители космополитного сем. Spongillidae, обитающие в Байкале (1901, 1923). В 1936 г. Петр Дмитриевич Резвой установил отдельное семейство для эндемичных байкальских губок – Lubomirskiidae. Всего известно 13 видов любомирскиид. Следующий обобщающий труд по систематике байкальских губок был опубликован в 2001–2004 гг. (Ефремова, 2001, 2004). Систематический статус определен для 13 видов и 1 подвида, относящихся к 4 родами сем. Lubomirskiidae (Ефремова 2001), и для 5 видов, относящихся к 4 родам сем. Spongillidae (бадяги) (Masuda et all. 1999, Ефремова 2001). Вопрос о происхождении эндемичной спонгиофауны Байкала долгое время вызывал оживленные дискуссии. На ранних этапах исследований большинство авторов считало, что байкальские губки очень близки к морским формам (Miklucho-Maclay, 1870; Сварчевский, 1902; Annandale, 1914: цит. по Ефремова, 2001). В. Дыбовский изначально писал о близком родстве байкальских эндемиков и широко распространенных видов спонгиллид (Dybowski, 1880). Однако, уже спустя несколько лет он опубликовал сведения о губке из Берингова моря, морфологически идентичной L. baicalensis (Dybowski, 1884).
О пресноводных корнях байкальской спонгиофауны писал Л.С. Берг (1937), который считал губки Байкала остатками широко распространенной пресноводной верхнетретичной фауны, полагая, что время их вселения в пресные воды сопоставимо с таковым спонгиллид. Альтернативную гипотезу предложила С.М. Ефремова (1981, 1982). Соглашаясь с тем, что байкальские эндемичные губки связаны с космополитными Spongillidae близкородственными связями, она предположила, что Lubomirskiidae могли произойти от древних спонгиллид. Отсутствие же геммуляции является следствием обитания в специфических условиях Байкала. В 1989 г. вышла совместная публикация С.М. Ефремовой и М.А. Гуреевой (Ефремова, Гуреева, 1989). Исследователи пришли к выводу, что именно спонгиллиды должны рассматриваться в качестве наиболее вероятного предка эндемичных байкальских губок. Lubomirskiidae являются не реликтами прошлых эпох, а результатом бурной эволюции в Байкале. На сегодняшний день считается общепринятым, что Lubomirskiidae произошли от Spongillidae и сформировались как группа в специфических условиях Байкала. Это подтверждается не только морфологическими, гистологическими и эмбриологическими (Гуреева, 1968, 1969, 1972;Ефремова и др., 1980, 1986;Ефремова, 1981, 1986;Суходольская и др., 1986), но и молекулярными исследованиями (Itskovich et al., 1999, 2008;Ицкович, 2005). Молекулярно-генетические исследования показали, что представители сем. Lubomirskiidae являются букетом видов с относительно недавним временем дивергенции от общего предка и малыми генетическими дистанциями между видами (Itskovich et al., 1999, 2006, 2008)
Губки – многоклеточные беспозвоночные животные, которые, вероятно, произошли от колониальных воротничковых жгутиконосцев еще до кембрия.
Губки не имеют четко дифференцированных тканей и органов и отличаются примитивной организацией. Тело губок бокаловидное или мешковидное, почти все губки имеют скелет, образованный кремниевыми или известковыми иглами. У роговых губок скелет состоит из белкового вещества спонгина. Отсюда другое название типа – Spongia. Размножение половое и бесполое.
1.2.Общая характеристика губок
Эндемичное семейство Любомирскииды – наиболее впечатляющая и яркая группа среди пресноводных губок мира как по размерам, так и по обилию в озере. Форма их многообразна: древовидная, глобульная, комковатая, обрастающая, куполообразная. Обитают в открытом Байкале, на глубинах от 2 до 1400 м. Субстратом служат камни, скальные склоны. В фотической зоне литорали до глубины 40 м губки имеют изумрудно-зеленый цвет благодаря присутствию в клетках симбиотической водоросли Zoochlorella conductrix Brandt (Chlorellacea). Губки, добытые с глубины, лишены зеленой окраски.
Скелет состоит из кремниевых спикул разной формы, составляющих внутренний каркас. Поверхность пронизана порами, через которые вода проникает в приводящую водоносную систему, а выходит через оскулярные отверстия. Будучи активными фильтраторами, губки пропускают через себя объем воды, равный объему тела, за 17–24 сек. Скорость потока воды составляет 0,2–3,3 см/сек. Пищей для губок служит бактериальный пикопланктон.
Любомирскииды селятся на камнях и скалах, начиная с глубин 1-1,5 м, и могут достигать до 1 м высоты, образуя заросли на глубине 10-15 м. и ведут прикрепленный образ жизни. Их жизнедеятельность связана с непрерывным процеживанием через тело воды, которая благодаря биению множества жгутиковых клеток поступает в поры, пронизывающие ее поверхность, и, пройдя систему каналов и камер, выходит наружу. Скелет губок образован кремневыми иглами, концы которых скреплены органическим веществом спонгином, что придает губкам большую прочность и устойчивость. Растут губки очень медленно, их прирост составляет 1-3 мм в год. Байкальские эндемичные губки семейства Lubomirskiidae являются одними из наиболее ярких представителей байкальской фауны. Эта процветающая группа в экосистеме озера, освоившая глубины от литорали до абиссали, соседствует в настоящее время с немногочисленными представителями другого пресноводного семейства – Spongillidae, широко распространенного на всех континентах мира.
Губки семейства Spongillidae в большинстве своем мелководные. В Байкальском регионе обитают представители 4 родов семейства. В открытом Байкале встречается один вид, предположительно, Trochospongilla sp. Он найден в Южной и Северной котловинах на Академическом хребте у о. Ольхон, возле Ушканьих островов, в Малом Море. Глубина обитания от 1,5 до 12 м, но были находки на глубине 66–80 м. На литорали губки выбирают отрицательные и боковые поверхности камней и избегают света. Подобно Любомирскиидам, не имеют геммул в жизненном цикле. Губки трех других родов обитают в сорах, мелководных заливах и в ручьях, впадающих в озеро. Субстратом служат камни, затопленная древесина. Цвет зеленый благодаря зоохлорелле в клетках.
На затонувших корягах, стеблях крупных растений и других подводных предметах живет особый мир сидячих животных, не утруждающих себя погоней за добычей. Там порой можно найти буроватые или зеленоватые наросты, достигающие в толщину нескольких сантиметров. Иногда от этих наростов поднимаются вверх ветвистые выросты. Это колонии губок-бадяг (Spongilla lacustris). Через мельчайшие поры губки засасывают воду и отфильтровывают из нее пищевые частицы – бактерии и микроскопические водоросли.
Губка рода байкалоспонгия (Baicalospongia) не ветвится, но образует мощные наросты на каменистых и твердых предметах в форме бокалов, кубков или корок на глубинах от 4 м и глубже.
В прибрежных водах открытого Байкала живет сварчевския папирусная (Swartschewskia papyracea) в виде небольших беловатых наростов и шапочек на камнях, ее размеры – 1-4 мм.
Губки Baicalospongia и Swarchcwskia могут встречаться на глубинах 1000 м. Обычно эти организмы встречаются в мелководной зоне.
1.3. Значение губок для экосистемы озера Байкал
Биологическое значение. Роль губок в экосистеме Байкала трудно переоценить. Опыты показали, что губка размером 5-7 см за сутки способна процеживать 10-20 литров воды. Из воды эти животные извлекают пищевые частицы (детрит, простейшие, бактерии, водоросли), а также растворенные минеральные вещества, обогащают воду кислородом. Поскольку байкальские губки достигают значительных размеров и образуют массовые поселения в симбиозе с водорослями и бактериями на дне водоема, их роль в процессах биофильтрации придонной воды чрезвычайно существенна. Кроме того, колонии губок – основа специфических донных сообществ. Все тело губки, включая ее основание, сплошь покрывающее камни, является прибежищем для множества других организмов. Исчезновение губок в экосистеме Байкала приведет к серьезным экологическим проблемам. Являясь активными биофильтраторами и благодаря массовому распространению в Байкале, губки составляют важное звено в экосистеме озера и играют существенную роль в его гидробиологическом режиме. Роль губок определяется их участием в трофических цепях, поскольку они являются важнейшими потребителями зоо- и фитопланктона, развивающегося в толще прибрежных вод , а также кремния, необходимого для постройки скелета.
Практическое значение. Байкальские кремнистые губки издавна использовались местным населением для полировки серебряной и медной посуды (Pallas, 1787), как чистящий материал. Под названием «бодяга» они традиционно применялись в медицине для ускорения заживления синяков и в качестве косметических отшелушивающих масок, обеспечивающих «естественный румянец». И совсем недавно губки были заново «открыты» как неисчерпаемый источник драгоценного сырья — биогенного кремнезема, имеющего огромный потенциал для производства силиконовых, т.е. кремнийорганических материалов. Ген силикатеина байкальской губки L baicalensis был выделен, идентифицирован и клонирован. На сегодняшний день силикатеины по праву входят в число наиболее перспективных материалов третьего тысячелетия. Этот материал будущего в виде удивительных живых созданий в изобилии представлен в озере Байкал.
1.4.Современные проблемы спонгиофауны
Летом 2011 года на Байкале было обнаружено необычное явление: окраска некоторых представителей уникальной байкальской губки изменилась с зеленой на грязно-розовую. Необычные губки обнаружила группа дайверов во время погружений вблизи острова Ольхон: на фоне зарослей губок привычного зеленого и бледно-зеленого цвета выделялись «розовые» кусты, причем только на определенных глубинах. О изменении окраски дайверы сообщили в Лимнологический институт СО РАН.
Биологи института предположили, что потеря цвета губками объясняется гибелью их внутриклеточных симбионтов – зеленых водорослей. Хотя предположений о причине этого явления было много – инфекция, в том числе вирусная, неблагоприятные экологические факторы и так далее, ни одно из них не удалось подтвердить. В начале декабря 2011 г. на озеро отправилась экспедиция Лимнологического института. Была определена и пространственная протяженность распространения «розовых» губок, оказавшаяся достаточно большой: от поселка Большие Коты до Ушканьих островов. Наблюдались «розовые» губки обычно вперемешку с зелеными – как небольшими включениями, так и обширными зарослями. Изменения в окраске зафиксированы у представителей разных видов эндемичного байкальского семейства Lubomirskiidae.
В 2014 году ЛИН организовал серию экспедиций для изучения этого вопроса, и оказалось, что ветвистые губки гибнут в прибрежной зоне по всему периметру озера, в зависимости от района исследований обнаружено от 10 до 100% поврежденных либо умерших ветвистых губок. Опасные симптомы обнаружены также у корковых и глобульных форм губок. Исследования провели две международные исследовательские группы – российско-французская и российско-японская. Лаборатория биологии водных беспозвоночных Лимнологического института СО РАН провела 5 экспедиций в течение последних 1,5 лет. Самые тревожные выводы ученые получили по результатам 41 погружений, выполненных в 2013-2014 годах по периметру практически всего Байкала. Обнаружено, что от 30 до 100% популяций всех 3 экологических форм байкальских губок (глобульные, корковые и ветвистые) были поражены заболеванием или умерли. Еще в 2007 году настоящие «поля» ветвистых губок протяженностью более 4 км. можно было наблюдать в Листвяничном заливе. Единственное на Байкале место, где еще остались не деградирующие «поля губок» – прибрежная зона дикого западного побережья, на котором нет ни турбаз, ни жилья.
Библиографическая ссылка
Очирова М.Е. ЗНАЧЕНИЕ СПОНГИОФАУНЫ В ЭКОСИСТЕМЕ ОЗЕРА БАЙКАЛ И МЕРЫ ПО ЕЕ СОХРАНЕНИЮ // Старт в науке. 2017. № 4-4. ;URL: https://science-start.ru/ru/article/view?id=828 (дата обращения: 02.04.2025).