Всем знаком световой купол, который виден издалека, над городами ярко освещеными ночью. Искусственный свет, который рассеивается в атмосфере и освещает ночное небо, может оказывать воздействие далеко от того места, где он испускается. Это явление известно как искусственное свечение неба. Свечение неба (Skyglow) может влиять на биоразнообразие на больших расстояниях.
«Воздействие свечения неба на пресноводные экосистемы до недавнего времени было в значительной степени неизвестно. Однако теперь мы узнали, что многие организмы в озерах следуют дневному и ночному ритму. В нашем исследовании мы показали, что искусственное освещение неба в ночное время над озером способствует размножению цианобактерий, также известных как сине-зеленые водоросли, которые могут вырабатывать токсины. Свечение неба также стимулирует круговорот углерода в пресных водоёмах», — сообщил исследователь IGB профессор Ханс-Петер Гроссарт, который является соавтором и руководителем исследования, опубликованного в Water Research.
Исследователи провели свой эксперимент в лаборатории IGB LakeLab. Это уникальное сооружение можно описать как набор экспериментальных озер в озере: 24 ограждения, каждое из которых вмещает объем воды 1300 кубических метров и отделяет его от остальной части озера. В начале эксперимента планктонные организмы — водоросли, бактерии и другие одноклеточные организмы, грибы и мелкие ракообразные — были равномерно распределены по всем вольерам.
Десять из 15 корпусов были слабо освещены ночью в течение одного месяца с использованием специально разработанной системы освещения, с уровнями освещенности от 0,06 люкс* (типичное свечение неба) до 6 люкс (самое высокое задокументированное свечение неба); Пять корпусов управления остались неосвещенными. Это был самый крупный на сегодняшний день полевой эксперимент по световому загрязнению озер.
«IGB LakeLab предлагает идеальные условия для такого крупномасштабного эксперимента, где причинно-следственные связи могут быть установлены в реалистичных полевых условиях путем сравнения реакции освещенных и неосвещенных контрольных вольеров», — сказал исследователь IGB профессор Марк Гесснер, соавтор исследования и один из двух координаторов проекта по световому загрязнению озер.
Значительное увеличение цианобактерий в ответ на свет в ночное время суток
Команда изучила состав бактериальных сообществ и их метаболизм в воде. В озерах круговорот органического вещества включает в себя производство, потребление и разложение биомассы. Водоросли, водные растения и некоторые бактерии используют солнечный свет для фотосинтеза для производства биомассы из неорганических веществ, таких как углекислый газ или, в основном, гидрокарбонат.
Часть производимой биомассы служит пищей для различных организмов и превращается обратно в неорганическое вещество с помощью так называемых редуцентов. Этот круговорот углерода и других элементов поддерживает доступность ресурсов в озерных экосистемах, которая изменяется под воздействием искусственного освещения в ночное время.
Бактерии играют важную роль, и как первичные продуценты, и как редуценты, в экосистемах. Численность цианобактерий и других бактерий, использующих световую энергию, в первую очередь анаэробных кислородных фототрофов (ААП), была в среднем в 32 раза выше в условиях освещения, чем в условиях темного контроля. Хотя цифры варьировались в зависимости от корпуса, результат был однозначным.
«Мы нашли наблюдаемое повышение удивительным, потому что уровни света были слишком низкими, чтобы стимулировать фотосинтез цианобактерий и других фототрофов. В наших экспериментах даже очень низкая интенсивность света 0,06 была достаточной, чтобы вызвать ответ», — объяснила исследователь IGB доктор Стелла Бергер, соавтор и эксперт по фитопланктону.
Стимуляция углеродного круговорота озера
Воздействие искусственного свечения неба во время эксперимента изменило состав бактериальных сообществ и, следовательно, метаболизм озера, как показал генетический анализ бактериального сообщества и масс-спектрометрический анализ растворенных органических веществ в пробах воды. Очевидно, что свечение неба стимулировало, например, бактериальное разложение органических веществ, производимое водорослями, и, следовательно, общий круговорот углерода в озере.
«Освещенность в 0,06 люкс — это примерно та же освещенность, которой организмы могут подвергаться на больших городских территориях», — добавил исследователь IGB доктор Франц Хёлькер, соавтор исследования и второй координатор проекта по световому загрязнению в IGB.
Таким образом, одним из последствий резкого увеличения светового загрязнения, наблюдаемого во всем мире, может стать растущий риск потенциально токсичного цветения цианобактерий. Таким образом, для цветения водорослей, которое в настоящее время не может быть объяснено, световое загрязнение может рассматриваться в большей степени, чем раньше, как возможный сигнал. Методы дистанционного зондирования с использованием спутников, самолетов и беспилотных летательных аппаратов предоставляют возможности для раннего обнаружения.
* — Люкс (люкс (лк, lx) — единица измерения освещённости в системе СИ.)
Автор: Forschungsverbund Berlin e.V. (FVB)
Оригинал статьи: https://phys.org/news/2025-04-pollution-cyanobacterial-growth-metabolic-lakes.html
