Погода
Этот научный доклад ученого секретаря ЛИН СО РАН доктора биологических наук Т. И. Земской прозвучал на заседании Президиума Иркутского научного центра СО РАН. Тамара Ивановна заострила внимание на наиболее важных результатах экспедиций «Миры на Байкале» 2008–2009 годов. В частности, речь шла о новом понимании вопросов формирования нефте-, газо-, и газогидратных образований, открытии новых биологических видов.
Мы знали, где и что искать
— Исследования с помощью подводных аппаратов «Миры», конечно же, дали много новой информации для размышлений. Но наши исследования базировались и на результатах, которые были получены ранее с помощью «Пайсисов» в 1977—1990 годах. Тогда впервые на Байкале в бухте Фролиха обнаружили места с необычными биологическими сообществами. Был дан толчок для изучения зон разгрузки газосодержащих флюидов. Кроме того, большое значение имели исследования по проекту «Байкал-бурение», когда в 1996 году были получены первые образцы гидратов метана. С 2000 года, мы начали заниматься газовыми гидратами более подробно совместно с коллегами из иркутских, новосибирских институтов. Все карты сейсмических профилей, полученные в 70—90-х годах, легли в основу планирования современных исследований.
Глубоководная зона всегда интересовала биологов. Причем речь в статьях чаще всего шла о видовом разнообразии глубоководных организмов, а не о количественном их составе. Есть всего несколько таких работ, но касаются они в основном районов со спокойным осадконакоплением. А для районов, где отмечена интенсивная разгрузка метана, подробно описывается только видовой состав.
Раньше мы использовали обычные для глубоководных исследований пробоотборники, но недавно через Центр коллективного пользования ИНЦ СО РАН для нас приобрели специальное оборудование. Образцы проб донных осадков, в том числе и газовых гидратов, мы получаем как со льда, так и с судов, обычно используя пятиметровые гравитационные трубы. Надо признать, что когда работаем с судов, очень непросто попасть в намеченную точку предполагаемой разгрузки. И даже со льда отобрать пробы прицельно очень трудно, а это затрудняет интерпретацию полученных данных.
Последние два года мы активно работали с рядом институтов Сибирского отделения, Институтом океанологии, и впервые установили хороший контакт с Центром биоинженерии РАН. Давние и крепкие связи у ЛИН с зарубежными учеными Бельгии и Японии.
Без глубоководных аппаратов с помощью простых гравитационных отборников мы сумели открыть и идентифицировать 14 грязевых вулканов и холодных сипов, построить карту их расположения и получить первые образцы газовых гидратов. Дана примерная оценка их запасов в осадках Байкала — 1 трлн кубометров.
Еще один район разгрузки углеводородов — это места нефтепроявлений, они известны с конца XVIII века, особенно в районе мыса Толстый. Было известно, что нефть в этом районе деградирована, а вот ее возраст и происхождение оставались предметом дискуссий. Нашей лаборатории гидрологии и гидрофизики крупно повезло. В 2005 г., исследуя космоснимки, ее сотрудники обратили внимание на наличие черных точек на льду. Предположили, что это выходы либо нефти, либо газа. Летом того же года была организована экспедиция, она обнаружила большие пятна нефти на поверхности озера. Район был подробно обследован геофизическими методами и эхолокацией.
В результате была построена батиметрическая карта района, и на следующий год проведены детальные геофизические исследования, которые показали, что это — разгрузка, и она приурочена к оползню. А в центре видна возвышенность и рядом «факела», и заметно, как со дна поступает газ. Исходя из геологического строения территории и по данным лабораторного анализа состава нефти было установлено, что нефть образована в нижних кайнозойских толщах озера Байкал, возраст которых менее 60 млн лет. Нами подсчитано, что в этих районах разгружается до 4 т нефти в год. Но, тем не менее, на поверхности пятно, которое занимает площадь примерно 1 кв. км, не увеличивается. Мы предположили, что эта нефть активно разрушается микроорганизмами (деградируется).
На видео, снятом в этом районе, видно, как нефтяные пятна, которые всплывают со дна озера, растекаются и занимают большие площади. При этом запах такой, словно бензин разлили. Нефть выходит на поверхность, образуя парафинистую тонкую пленку либо растекающиеся радужные пятна.
На дне озера с помощью ГОА «Мир» мы наблюдали парафинистую нефть, внутри которой обнаружили газогидраты. Это достаточно необычное явление, и для того, чтобы понять суть происходящего, нужны были подводные обитаемые аппараты.
С 2005 года мы измеряли также, увеличивается ли количество алканов (нефти) в воде в районе ее разгрузки. И выяснили, что их концентрация неизменна из года в год.
Одно из направлений наших исследований — изучение микроорганизмов, способных деградировать и использовать нефть для своих нужд. Мы ежегодно исследовали также численность нефтеокисляющих микроорганизмов как в зоне выхода нефти из осадков в водную толщу, в водной толще в зоне пятен, так и в фоновых районах. Что мы можем сказать? С 2005 по 2008 год произошло увеличение численности микроорганизмов, которые могут деградировать нефть и ее производные. В 2009 году их количество по сравнению с 2008 годом не увеличилось, что говорит о том, что микроорганизмов стало достаточно для переработки поступающего из водных толщ нефтяного субстрата.
В лабораторных экспериментах была исследована способность как чистых микроорганизмов, так и природного микробного сообщества деградировать нефть. Анализ показал, что за 60 суток примерно от 70 до 90 % алканов деградируются микробным сообществом. Мы также обнаружили у микроорганизмов гены, отвечающие за синтез как раз тех ферментов, которые обеспечивают деградацию углеводородов. В настоящее время проводим исследования, чтобы выявить наиболее активные штаммы, которые можно было бы использовать. Например, при ликвидации разливов нефти.
«Миры» отрыли новые миры
Все экспедиции мы строили так, чтобы получать пробы не только с «Миров», но и с наших научно-исследовательских судов. Надо признать, что погружение в батискафе само по себе незабываемое зрелище. Сняты километры фото- и кинопленки.
Уже первое погружение в районе нефтепроявлений мыса Горевой утес открыло для исследователей необычные явления. Там были обнаружены постройки, некоторые достигали 8–10 м! И структура, и состав их сильно различались. Одни были из плотного, другие — из вязкого материала. Поднятые на поверхность образцы из некоторых построек, твердых на дне, быстро растворились. В них была нефть. Все акванавты, погрузившиеся в этом районе, обратили внимание на тот факт, что все постройки усыпаны живыми организмами. Аналогичная картина наблюдалась во всех зонах, где происходит разгрузка нефти.
Интересно, что в некоторых образцах, где была нефть, обнаружили и газогидраты. Было высказано предположение, что при большой разгружающей энергии и происходит образование газогидратов, которые служат своеобразным цементом постройки. Именно поэтому, когда мы поднимали постройку на поверхность, происходило ее «расплавление». Достаточно неожиданным для нас было и то, что этот жидкий битум был буквально насыщен червями и олигохетами. Когда нефть становилась особенно вязкой, они задыхались и погибали. В вязком битуме мы обнаружили много неких белых сгустков. При анализе оказалось, что они состоят из грибов рода Phitium, которых раньше в Байкале не находили. Наблюдалось также большое количество диатомовых. Кроме того, в сгустках обнаружены черви — олигохеты, и оказалось, что это новый для науки вид. Уже подготовлена к печати публикация. Внутри сгустков найдено также много метанотрофных бактерий, которые сейчас идентифицированы с помощью методов молекулярной диагностики и электронной микроскопии. Именно они используют метан и делают его доступным для других организмов. Еще на постройках обнаружено большое количество пиявок и их коконов. По разнообразию и количеству более широко представлены амфиподы, и все они отнесены к глубоководным видам.
Надо отметить, что численность животных в местах нефтепроявлений в 5—6 раз выше, чем на других участках дна. Вторыми по численности организмами являются трубеллярии. А сколько мы увидели различных губок! И обнаружили два вида моллюсков. Нужно непременно отметить присутствие в этих зонах большого количества уникальных бактерий — бесцветных серных — они самые крупные в мире, видны даже невооруженным глазом. Нити бактерий могут достигать 2 см в длину и имеют белый цвет. В районе Фролихи они создают огромные поля бактериальных матов. Пока никто в мире не научился их культивировать, а ведь бактерии могут стать уникальной фабрикой по переработке нитратов и серы. Они научились накапливать эти вещества внутри своих клеток. И если мы сумеем их культивировать, мы сможем многое узнать о тех реакциях, которые осуществляются живыми организмами.
Мы также изучили температурный градиент в донных осадках и, сопоставив его с распределением живых организмов в этих местах, выявили, что именно там, где происходит разгрузка углеводородов, отмечен повышенный тепловой поток, и места особенно высокой температуры соответствуют наиболее высокой плотности населения организмов.
Богатые залежи Санкт-Петербурга
Еще один район, где были проведены исследования и находки которого широко освещались в СМИ, назван Санкт-Петербургом. Он обнаружен в 2002 году. Установлено, что там есть разлом с двумя структурами, над которыми фиксировались «факела». При погружении на батискафе здесь впервые на Байкале найдены поверхностные залежи гидратов. Предполагают, что они достигают 6 метров.
И что особенно интересно, над этими слоями гидратов встречается огромное количество амфипод, которых ранее находили только единицы. Конечно, заинтересовались новыми находками, посмотрели желудки этих животных и ничего, кроме бактерий, не нашли. Очень странно! Будем изучать дальше. Поскольку, по аналогии с морскими амфиподами, возможно, у них есть симбионты, которые помогают перерабатывать поднимающийся со дна озера метан.
«Самое интересное еще впереди»
Просмотрели образцы глубоководной микрофлоры, поднятой со дна Байкала. Сейчас мы знаем, что основная ее часть относится к домену Bacteria. Образцы переданы в Центр биоинженерии Москвы, и впервые для Байкала были проведены метагеномные исследования микробных сообществ. Стало очевидно, что мы еще очень мало знаем о микроорганизмах, обитающих на дне нашего уникального озера.
Еще одна проблема, которую решали наши сотрудники — исследование глубоководных байкальских губок. Собрано большое количество образцов. Они даже по цвету отличаются от тех, которые обитают в придонных зонах. Исследованы морфология, морфология спикул, структуры различных генов и высказано предположение, что губки являются новыми для науки видами.
И еще один результат, о котором хотелось бы упомянуть — исследование вертикальной миграции планктона и рыб в водной толще озера Байкал. Впервые на Байкале выполнено ночное погружение. Наши сотрудники наблюдали, как мигрируют в различное время ночи те или иные виды и в разных слоях. Оказалось, чем крупнее особь, тем более низкие слои она осваивает. Наблюдали также в придонной области за амфиподами — они плохо относятся к свету.
Словом, непознанного и интересного так много, что исследования с помощью подводных аппаратов надо непременно продолжать.
Галина Киселева,
Фото В. Короткоручко
