Концептуальная модель экстремального биогеоценоза восстановительной зоны Черного моря

Предлагается концептуальная модель экстремального биогеоценоза восстановительной толщи Черного моря. Обсуждается значение данной модели в качестве научной основы экстремальной биологии аноксических морских глубин, включая, в первую очередь, ее раздел — экстремальную радиохемоэкологию Черного моря...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2012
1. Verfasser:	Поликарпов, Г.Г.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2012
Schriftenreihe:	Доповіді НАН України
Schlagworte:	Екологія
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/84800
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Концептуальная модель экстремального биогеоценоза восстановительной зоны Черного моря / Г.Г. Поликарпов // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2012. — № 11. — С. 197-203. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-84800
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-848002015-07-16T03:02:04Z Концептуальная модель экстремального биогеоценоза восстановительной зоны Черного моря Поликарпов, Г.Г. Екологія Предлагается концептуальная модель экстремального биогеоценоза восстановительной толщи Черного моря. Обсуждается значение данной модели в качестве научной основы экстремальной биологии аноксических морских глубин, включая, в первую очередь, ее раздел — экстремальную радиохемоэкологию Черного моря. Пропонується концептуальна модель екстремального бiогеоценозу вiдновної зони Чорного моря. Обговорюється значення даної моделi як наукової основи екстремальної бiологiї аноксичних морських глибин, включаючи, в першу чергу, її роздiл екстремальної радiохемоекологiї Чорного моря. A conceptual model of the extremal biogeocenosis of the reduction zone of the Black Sea is proposed. The significance of this model as the scientific base of the extremal general biology of anoxic marine depths, including, in the first turn, the extreme radiochemoecology as its division, is discussed. 2012 Article Концептуальная модель экстремального биогеоценоза восстановительной зоны Черного моря / Г.Г. Поликарпов // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2012. — № 11. — С. 197-203. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 1025-6415 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/84800 574.4(262.5) ru Доповіді НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Екологія Екологія
spellingShingle	Екологія Екологія Поликарпов, Г.Г. Концептуальная модель экстремального биогеоценоза восстановительной зоны Черного моря Доповіді НАН України
description	Предлагается концептуальная модель экстремального биогеоценоза восстановительной толщи Черного моря. Обсуждается значение данной модели в качестве научной основы экстремальной биологии аноксических морских глубин, включая, в первую очередь, ее раздел — экстремальную радиохемоэкологию Черного моря.
format	Article
author	Поликарпов, Г.Г.
author_facet	Поликарпов, Г.Г.
author_sort	Поликарпов, Г.Г.
title	Концептуальная модель экстремального биогеоценоза восстановительной зоны Черного моря
title_short	Концептуальная модель экстремального биогеоценоза восстановительной зоны Черного моря
title_full	Концептуальная модель экстремального биогеоценоза восстановительной зоны Черного моря
title_fullStr	Концептуальная модель экстремального биогеоценоза восстановительной зоны Черного моря
title_full_unstemmed	Концептуальная модель экстремального биогеоценоза восстановительной зоны Черного моря
title_sort	концептуальная модель экстремального биогеоценоза восстановительной зоны черного моря
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2012
topic_facet	Екологія
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/84800
citation_txt	Концептуальная модель экстремального биогеоценоза восстановительной зоны Черного моря / Г.Г. Поликарпов // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2012. — № 11. — С. 197-203. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.
series	Доповіді НАН України
work_keys_str_mv	AT polikarpovgg konceptualʹnaâmodelʹékstremalʹnogobiogeocenozavosstanovitelʹnojzonyčernogomorâ
first_indexed	2025-07-06T11:55:49Z
last_indexed	2025-07-06T11:55:49Z
_version_	1836898530219786240
fulltext	оповiдi НАЦIОНАЛЬНОЇ АКАДЕМIЇ НАУК УКРАЇНИ 11 • 2012 ЕКОЛОГIЯ УДК 574.4(262.5) © 2012 Академик НАН Украины Г. Г. Поликарпов Концептуальная модель экстремального биогеоценоза восстановительной зоны Черного моря Предлагается концептуальная модель экстремального биогеоценоза восстановительной толщи Черного моря. Обсуждается значение данной модели в качестве научной основы экстремальной биологии аноксических морских глубин, включая, в первую очередь, ее раздел — экстремальную радиохемоэкологию Черного моря. Автор ставит своей целью предложить и обсудить концептуальную модель экстремального глубоководного биогеоценоза в сероводородной зоне Черного моря в сфере новых направ- лений — комплексного изучения экстремальной биологии и, прежде всего, экстремальной радиохемоэкологии сероводородных глубин этого моря. Исходным материалом для построения и разработки названной модели служили: работы в области высокой потенциальной продуктивности восстановительных серово- дородных вод глубин Черного моря для морских растений после контакта этих вод с атмо- сферой воздуха [1]; исследования по хронологии процесса радиоактивного и химического загрязнения дон- ных отложений батиали Черного моря радиоактивными веществами после глобальных ис- пытаний атомного оружия в открытых средах и после аварии на Чернобыльской АЭС, а также полихлорбифенилами — отходами промышленности, сельского хозяйства и фло- та [2]; обнаружение в илах батиали, для которых был изучен их геологический возраст, жи- вых покоящихся аллохтонных спор аэробов — наземных грибов, пресноводных и морских водорослей [3]; открытие явления метановых сипов и изучение их эколого-средообразующей роли в се- роводородной зоне Черного моря [4], а также анализ литературных данных об автохтонном населении анаэробов котловины батиали и сероводородной зоны Черного моря — вирусов, архей, бактерий и их консорциумов, а также об их химической среде. “Экстремальность” условий биогеоценоза батиали не только не дает развиваться жи- вым спорам аэробов, удерживая их в латентном состоянии, не убивая их, но и сохраняет ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №11 197 также высокоплодородные свойства водной среды сероводородной зоны, не доступные мор- ским растениям-аэробам в природных условиях в присутствии сероводорода и при отсут- ствии солнечного света. Ключевой составляющей “экстремальности” служат постоянное отсутствие в этой зоне кислорода и наличие сероводорода. Поэтому сероводородная тол- ща Черного моря представляет собой высокоемкостный непрерывно самовозобновляющий- ся фонд (и гигантский резерв) высокопитательной естественной культуральной природной среды для ее потребителей из окислительной биосферы — морских одно- и многоклеточных водорослей и морских цветковых растений в условиях контакта обеих биосфер — восстано- вительной и окислительной, а также при обязательном наличии солнечного света. Экстремальный биогеоценоз сероводородной толщи и батиали Черного моря слагается из динамической системы (1) экстремального биоценоза и (2) комплекса среды обитания этого биоценоза, а именно, среды, характеризующейся как особыми (физическими и гео- логическими), так и восстановительными (физико-химическими и химическими) показа- телями. Экстремальный биогеоценоз восстановительной толщи и дна котловины в глубоководной сероводородной зоне Черного моря (рис. 1) представляет собой природный взаимообуслов- ленный комплекс живого вещества — свободноживущих сверхпаразитирующих, пара- зитирующих, хемосинтезирующих и гетеротрофных анаэробов (вирофагов, бактериофагов, архей, бактерий) и латентных спор/цист аэробов (наземного, пресноводного, морского происхождения), с одной стороны, косных/биокосных компонентов их среды обитания — морской воды, донных отложений, газов, минеральных и органических веществ, а также арагонитовых построек — с другой. Живые организмы (кроме латентных спор/цист) и кос- ные/биокосные компоненты их среды связаны в биогеоценозе между собой непрерывным обменом веществ и энергии. Как видно на модели (см. рис. 1), собственно биоценоз сероводородной толщи и ба- тиали Черного моря состоит из (А) активных свободноживущих анаэробов: (А1) про- дуцентов-хемосинтетиков, функционирующих на основе химической энергии, — архей и бактерий, включая их симбиоз; (А2) паразитов бактерий вирусов — бактериофа- гов и паразитов вирусов — вирофагов; (А3) бактерий-деструкторов (сапрофитов) органического вещества (РОВ и ВОВ — растворенного и взвешенного органического ве- щества в толще сероводородных вод, останков аэробов из окислительной зоны, осевших в виде дождя трупов), и (Б) инертных спящих спор и цист аэробов (Б1) наземного, (Б2) пресноводного и (Б3) морского происхождения — из окислительной зоны пелагиали моря и через нее из атмосферы, рек и сушу. Ниже приводятся отдельные примеры — кратчайшие характеристики основных компо- нентов биологического состава экстремального биоценоза Черного моря. Археи (Archaea, или Archaebacteria): хемоавтотрофы, экстремофилы, психрофилы, ба- рофилы. Морфологически и по типу размножения археи не отличаются от бактерий. Под морским дном в горных породах обитают гетеротрофные виды архей (их предполагаемый источник углерода — углеводороды и хемотрофные метаноокисляющие археи), которые усваивают только простейшие органические вещества. Aрхеи Euryarchaeota (Methanotrix ) — метаногены, Thaurmarchaeota — окислители аммония. Геном архей состоит из двуцепочной кольцевой ДНК и кольцевых плазмид (16s PHK) [5]. Cульфатредуцирующие анаэробные бактерии — большая часть сероводорода об- разуется ими в толще Черного моря, а не мигрирует из осадков [6]: 2SO2− 4 + 4C + 3H2O = = H2S + HS − + CO2 + 3HCO − 3 . 198 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №11 Рис. 1. Концептуальная модель экстремального биогеоценоза сероводородной зоны Черного моря. Пр и м е ч а н и е . 1Глубинная морская вода, седименты батиали и арагонитовые основы архебактериальных коралловидных построек и рифов. 2Полное отсутствие света; пониженная (постоянная) температура; возрастающее с глубиной давление. 3Вероятный вынос латентных спор в атмосферу Земли и в космос при попадании кометы или астероида в Черное море и экологические последствия при гипотетическом глубоководном взрыве на его дне мощного ядерного устройства. 4Полное и постоянное отсутствие кислорода; высокие концентрации сероводорода; восстановленные формы химических и радиоактивных веществ естественного и искусственного происхождения. 5Биогенный потенциал восстановительной среды Черного моря для морских растений при контакте этих вод с окислительной средой (атмосферой воздуха). 6Живое вещество в анаэробной сероводородной зоне Черного моря. 7 Хемосинтез органического вещества синтрофами (археями и бактериями); активность автотрофных сульфатредуцирующих, тионовых, тиоденитрофицирующих бактерий; метанообразование археями; асси- миляция археями СО2 водной среды и СН4 метановых сипов; создание консорциумом архей и бактерий арагонитовых коралловидных построек и рифовых парцелл. 8 Разложение детрита, останков прокариотов-анаэробов и оседающих погибших аэробов. 9Химической формы и физического состояния химических элементов и радионуклидов. 10 Биогенной миграции органических веществ архей и бактерий. 11 Биогенной миграции органических веществ бактериофагов. 12Природный фонд “законсервированных” восстановительной средой живых спор наземных, пресноводных и морских аэробов. 13Химических элементов и радионуклидов. ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №11 199 Роды — представители сульфидогенов-сульфатредукторов, для которых Н2 служит донором электронов: Desulfovibrio, Desulfonatrono-vibrio, Desulfonatronum, Desulfobacter, Desulfobulbus, Desulfonema. Вирусы (Virа). Микроскопические частицы-вирионы без признаков жизни (без мета- болизма) и с пассивным поведением органических полимеров от 20 до 500 нм, способные инфицировать живые клетки архей, бактерий и т. д. Состоят из генома (ДНК или РНК, иногда — из ДНК и РНК) и белковой оболочки-капсида. У некоторых вирусов также ли- пидная оболочка. Вирионы — автономные генетические элементы с внеклеточной стадией в цикле развития. Облигатные паразиты, не способные размножаться вне клетки хозяина. Вирусы подразделяются на вирофагов (вирусов-бактериофагов) и фаговирусов (вирусов сателлитов) [7]. Вирусы, по-видимому, обладают весьма высокой сорбционной способностью в отноше- нии химических и радиоактивных веществ в связи с их мельчайшими размерами и огром- ным отношением их биоповерхности к их весу, а также благодаря их гигантской концент- рации в природной морской воде — порядка 250 млн вирусных частиц в 1 мл. Поэтому доктор биол. наук. Г. Е. Лазоренко предприняла в 2012 г. попытку оценить адсорбирую- щую способность поверхности вирусов в отношении модельных ионов 210Ро, который, как известно, не имеет изотопных носителей. Известна склонность полония к гидролизу и ком- плексообразованию, что может существенно изменять размер (а значит, и удельное число) сорбируемых частиц, наряду с повышенной сорбируемостью гидролизных форм данного химического элемента. Споры аэробов. Проросшие споры одноклеточных водорослей и наземных грибов, покоившихся в батиали Черного моря, приведены в работе [5]. Отметим, что на данном этапе исследований, как и ранее нами и другими авторами, не было случаев достоверного нахождения живых животных и живых растений, обитающих в изучаемой сероводородной батиали [3, 8, 9]. Хотя на планете Земля господствует геологически более молодая окислительная био- сфера, тем не менее, изначальная восстановительная биосфера постоянно готова к ре- ваншу, занимая экстремальное и значительно более скромное положение. В данном случае слово “экстремальное” означает “крайнее, выходящее из рамок”. В Черном море масштаб эк- стремальной восстановительной сероводородной зоны чрезвычайно велик, охватывая боль- шую часть его толщи, что делает это море уникальным среди всех морей, о чем свидетель- ствуют величины потоков двух важнейших веществ — углерода и сульфида в его анокси- ческой толще. Скорости некоторых процессов (моделирование) круговорота сульфида и углерода в аноксическом слое Черного моря [10]: Поток углерода в аноксическом слое, 1624 ммоль · м−2 · год−1. Скорость сульфат-редукции и сульфид продукции в осадках, 535 ммоль · м−2 · год−1. Средний поток углерода в осадки, 525 ммоль · м−2 · год−1. Поток взвешенного сульфида, 26 ммоль · м−2 · год−1. Скорость окисления сульфида у верхней части интерфейса, 98 ммоль · м−2 · год−1. Между понятиями “биогеоценоз” и “экосистема” нет принципиальной разницы, кроме большей или меньшей конкретности и широты использования. Термин “экстремальный биогеоценоз” в применении к живым и косным объектам глубоководной сероводородной восстановительной зоны Черного моря [11] обусловлен, прежде всего, наличием в послед- ней аэробов, хотя и лишь в виде живых спор и цист. Последние формируют постоянно 200 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №11 пополняемый гигантский фонд из спор и цист, оседающих с поверхности моря, куда их переносят ветер, сток рек и птицы из всех подразделений окислительной биосферы — с су- ши, из пресных и морских водоемов [8]. Там (в экстремальных условиях) споры и цисты выживают, вернее, сохраняются, только в латентном состоянии и, вероятно, неопределен- но долгое время [12] в “ожидании” возможности возвращения в окислительную биосфе- ру или выноса за ее пределы — в космос. Конкретным аргументом в пользу терминов особый, восстановительный и “экстремальный” в рассматриваемом отношении служит по- стоянное отсутствие кислорода, как следствие существования восстановительной био- сферы, и наличие его антагониста — непрерывно возобновляемого природного токсикан- та — сероводорода, а также высокого гидростатического давления на больших глубинах и целого ряда других особых и экстремальных факторов [12]. Экстремальной же счита- ется и та практическая деятельность в ней человека (промысловая, добывающая, воен- ная, техническая), которая связана с высокой химической агрессивностью сероводородной среды для материалов и средств, используемых в этой среде. Наконец, очевидно, экстре- мальны такие грозные крупномасштабные природные и антропогенные явления, в случае их возникновения, как массированный выброс метана и сероводорода в атмосферу при катастрофических глубоководных землетрясениях, при попадании крупного небесного те- ла в батиаль Черного моря, а также глубинный взрыв весьма мощного ядерного устрой- ства [13]. Созданные человеком факторы стремительно нарастают в их разнообразии, во вре- мени, в масштабности и в грандиозности производимого и ожидаемого воздействия на биогеоценоз батиали Черного моря [14]. Их изучает радиационная и химическая биогео- ценология. Отметим важнейшие из таких факторов: глобальные радиоактивные выпаде- ния в результате проведенных до 1963 г. ядерных и термоядерных испытаний в атмосфе- ре основными атомными державами; чернобыльские радиоактивные поступления с 1986 г. через атмосферу и реки (Днепр, Дунай и др.); широкомасштабные загрязнения хими- ческими токсикантами на всем протяжении индустриальной эры, химизации сельско- го хозяйства и урбанизации побережья моря и впадающих в него рек. К ним добави- лась усиливающаяся промышленная активность в 21-м веке по глубоководной добыче углеводородов, по проектированию и прокладке гигантских нефтепроводов по дну его котловины, в том числе от восточного до западного побережья через батиаль этого моря. Таким образом, в ходе исследований выполнен анализ имеющихся собственных и лите- ратурных данных в отношении восстановительной зоны Черного моря: о живом веществе автохтонного (анаэробы — археи и бактерии, вирусы) и аллохтонного (живые споры аэро- бов — пресноводных и морских водорослей и наземных грибов) происхождения, а также о косном веществе автохтонного (минерального, органического, естественно-радиоактив- ного) и аллохтонного (техногенно-химического и искусственно-радиоактивного) происхож- дения. Предложена структура экстремального биогеоценоза сероводородной толщи и котлови- ны батиали Черного моря, как основа нового направления комплексных исследований — экстремальной биологии этого моря. Разработанная концептуальная модель экстремаль- ного биогеоценоза восстановительной зоны Черного моря учитывает взаимодействие его биоценоза с естественными и искусственными факторами окружающей среды. Показана экологическая, молисмологическая, биогеохимическая и экзобиологическая роль экстремального биогеоценоза сероводородной зоны Черного моря. ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №11 201 1. Polikarpov G.G., Lazorenko G. E., Tereshchenko N.N. Biogenic properties of deep waters from the Black Sea reduction (hydrogene sulphide) zone for marine algae // J. Black Sea/Mediterranean Environment. – 2006. – 12. – P. 129–153. 2. Gulin S. B., Polikarpov G.G., Egorov V.N., Zherko N.V., Stokozov N.A. Chronological study of 137Cs, PCBs and some pesticides fluxes into the Western Black Sea deep sediments // The radiological exposure of the population of the European Community to radioactivity in the Mediterranean Sea. Marina-MED Project: Proc. of a Seminar held in Rome at the European Nuclear Energy Agency headquarters from 17 to 19 May 1994. – Report EUR – 15564 EN / Eds. A. Cigna, R. Delfanti, R. Serro. – Radiation Protection 70. – Brussels-Luxembourg: ECSC-EC-EAEC, 1995. – P. 487–500. 3. Зайцев Ю.П., Поликарпов Г. Г., Егоров В.Н. и др. Биологическое разнообразие оксибионтов (в виде жизнеспособных спор) и анаэробионтов в донных осадках сероводородной батиали Черного моря // Доп. НАН України. – 2008. – № 5. – С. 168–173. 4. Егоров В.Н., Артемов Ю.Г., Гулин С.Б. Метановые сипы в Черном море: средообразующая и эко- логическая роль / Под ред Г. Г. Поликарпова. – Севастополь: НПЦ “ЭКОСИ-Гидрофизика”, 2011. – 405 с. 5. Фирсов Н.Н. Микробиология: Словарь терминов. – Москва: Дрофа, 2006. – 256 с. 6. Иванов М.В., Пименов Н.В., Русанов И.И. и др. Роль анаэробных бактерий в экосистемах Черного моря // Природа. – 1998. – № 6. – С. 97–102. 7. Danovaro R., Dell’Anno A., Corinaldesi C. et al. Major viral impact on the functioning of benthic deep-sea ecosystems // Nature. – 2008. – 454. – P. 1084–1087. 8. Zaitsev Yu. P., Polikarpov G.G. Recently discovered new biospheric pelocontour function in the Black Sea reductive bathyal zone // J. Black Sea/Mediterranean. Environ. – 2008. – 14, No 3. – P. 151– 165. 9. Гулин М.Б. К изучению роли гипоксии и аноксии в жизни морских эукариот // Мор. экол. журн. – 2012. – 11, № 1. – С. 81–98. 10. Grégore M., Soetaert K. Carbon, nitrogen, oxygen and sulfide budgets in the Black Sea // Ecol. Modeling. – 2010. – 221. – P. 2287–2301. 11. Поликарпов Г. Г. Глубоководный полигон для изучения свойств живого вещества в экстре- мальных условиях // Радиационная Биология. Радиоэкология. – 2011. – 51, № 5. – С. 565– 575. 12. Вернадский В.И. Химическое строение Биосферы Земли и ее окружения. – Москва: Наука, 1965. – 374 с. 13. Schuiling R.D., Cathcart R.B., Badescu V. et. al. Asteroid in the Black Sea. Death by drowning or by asphyxiation? // Nat. Hazards. – 2007. – 40. – P. 327–338. 14. Поликарпов Г. Г., Егоров В.Н. Радиоэкологический отклик Черного моря на чернобыльскую ава- рию. – Севастополь: НПЦ “ЭКОСИ-Гидрофизика”, 2008. – 666 с. Поступило в редакцию 17.05.2012Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского НАН Украины, Севастополь Академiк НАН України Г. Г. Полiкарпов Концептуальна модель екстремального бiогеоценозу вiдновної зони Чорного моря Пропонується концептуальна модель екстремального бiогеоценозу вiдновної зони Чорного моря. Обговорюється значення даної моделi як наукової основи екстремальної бiологiї ано- ксичних морських глибин, включаючи, в першу чергу, її роздiл — екстремальної радiохемо- екологiї Чорного моря. 202 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №11 Academician of the NAS of Ukraine G.G. Polikarpov A conceptual model of the extremal biogeocenosis of the Black Sea reduction zone A conceptual model of the extremal biogeocenosis of the reduction zone of the Black Sea is proposed. The significance of this model as the scientific base of the extremal general biology of anoxic marine depths, including, in the first turn, the extreme radiochemoecology as its division, is discussed. ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №11 203

Концептуальная модель экстремального биогеоценоза восстановительной зоны Черного моря

Institution

Ähnliche Einträge