“Цвітіння” водойм України: чому це важливо?

Протягом останніх десятиліть усе частіше в засобах масової інформації з’являється словосполучення “цвітіння водойм”. Дослідженням явища “цвітіння” водойм, а також інших субстратів — ґрунту, снігу, будівельних споруд тощо, займаються науковці всього світу, і щороку з’являються нові дані, які розширюють наші знання з цього приводу. Імовірно, ви могли зацікавитись, чому вивчення цього питання є настільки важливим та обговорюваним.

Під поняттям “цвітіння” вчені розуміють видиму зміну забарвлення. Ми можемо спостерігати найрізноманітніші кольори субстратів: синьо-зелений, зелений, червоний, буро-жовтий тощо, залежно від виду водорості, який спричинив це явище (Рис. 1).

Звичайні люди, далекі від ботаніки звикли називати всі рослини, які ростуть у воді, — водоростями. Однак, це поширений міф. Помилково водоростями називають рдесник, водоперицю, кушир, водні жовтеці, інколи навіть латаття та низку інших водних рослин. Однозначно перераховані рослини не є водоростями — це квіткові рослини — то ж пропонуємо дещо детальніше зупинитись на широковживаному терміні “водорості”.

Що таке водорості?

Цей термін є простим і складним водночас. Якщо просто, то ще зі шкільного курсу ботаніки відомо, що водорості не мають чіткого поділу на стебло, листя та коріння. Навіть більше, у них відсутня низка утворів, які властиві наземним рослинам та які забезпечують їх життєдіяльність — ксилема, флоема тощо. Окрім того, водоростями ця група організмів називається через те, що для їх розмноження необхідна наявність води. Ці рослини мають широкий спектр репродуктивних стратегій — від простого нестатевого поділу клітин до складних форм статевого розмноження. Щодо розмірів, то водорості можуть бути як одноклітинними (наприклад, хлорела) розміром від декількох мікрометрів, так і багатоклітинними (зокрема ламінарія, саргасум), що можуть виростати до 50 м завдовжки та більше. Більшість водоростей є фототрофами —тобто організмами, які за допомогою енергії сонячного світла перетворюють вуглекислий газ і воду на органічний матеріал. Звісно, є деякі виключення: зокрема, певні одноклітинні види зелених, низка золотистих, евгленових та представників інших груп водоростей мають виключно гетеротрофне живлення.

У сучасних наукових джерелах пропонуються різні тлумачення терміну “водорості”, але жодне з них не може охопити усіх характеристик цієї групи. Причина в тому, що “водорості” не є терміном, який має окремий систематичний ранг, адже ця група організмів розкидана по різних гілках філогенетичного дерева: на певному етапі еволюції, шляхи різних груп водоростей розійшлись та розвиток одних відбувався незалежно від інших (Рис. 2).

Таким чином, ми ризикуємо втрутитися в іншу дискусію, зокрема щодо правильності словосполучення “синьозелені водорості”, адже з систематичного та еволюційного погляду це — ціанобактерії. Ціанобактерії є прокаріотами — живими організмами, що не мають сформованого ядра, нарівні з бактеріями й археями — які здатні до фотосинтезу. Однак ці організми не єдиний приклад віддаленості водоростей на філогенетичному дереві, адже досить показовим також є місце динофлагелят та евгленових. Враховуючи фокус статті на “цвітінні” водойм, пропонуємо не заглиблюватись у особливості систематики та філогенії, а розрізняти рослини-мешканці водойм з чіткою диференціацією тіла — водні рослини, та поліфілетичну групу під спільною назвою “водорості“, які такої диференціації не мають.

Збудники “цвітіння” води

Явище “цвітіння” води виникає при надмірному розмноженні здебільшого одного виду водорості. Це може бути від кількох особин у літрі води, що непомітно без спеціального приладу — мікроскопу, до діапазону від 1 до 60 мільйонів клітин у літрі. При значному прирості чисельності виникає зміна забарвлення води, яку можна побачити навіть неозброєним оком. Більше того, масовий розвиток водоростей може мати настільки масштабний характер, що нехарактерний колір води можна спостерігати навіть з космосу (Рис. 1). Але й стоячи на березі, ми можемо бачити, як водойма із прозорої змінює забарвлення наприклад на синьо-зелене як на Фото 3, або на інші кольори (про що говоритимемо далі).

• 

• 

Поширеним є міф, ніби-то “цвітіння” зумовлене лише синьо-зеленими водоростями (ціанобактеріями). Насправді ж, у світі нараховується близько 300 видів водоростей із 6 таксономічних груп, що можуть масово розвиватись у водних об’єктах. Зокрема, у водоймах України спричинити явище “цвітіння”, окрім синьозелених водоростей, можуть: зелені, евгленові, динофітові, діатомові та інші групи водоростей. Отже, для правильного визначення збудника “цвітіння” та домінантної групи науковці здійснюють мікроскопічні дослідження при збільшенні у 400-1000 разів (Рис. 4).

Чому ж у засобах масової інформації з’являється інформація переважно саме про синьозелені водорості? Причина в тому, що найчастіше у прісних водоймах помірних широт саме вищезазначена група є домінантною за чисельністю та біомасою. Зокрема, наступні представники найчастіше є збудниками “цвітіння” у прісних водах України: Aphanizomenon flosaquae (Фото 5), Dolichospermum flosaquae (Фото 6), Microcystis aeruginosa (Фото 7), Microcystis flosaquae (Фото 8), Oscillatoria tenuis (Фото 9) та інші. Такий інтерес до зазначеної групи також викликаний і потенційною небезпечністю токсинів, що властиві її представникам. А отже, масове розмноження синьозелених водоростей може становити небезпеку для людей при відпочинку на водоймах у літньо-осінній період.

Задля розвінчання міфу, що лише синьозелені водорості викликають зміну забарвлення водойм, наведемо представників й інших груп водоростей, які, масово розвиваючись, спричиняють явище відоме під назвою “цвітіння”. Наприклад, досить поширеною групою у водах нашої країни, яким властиве органічне забруднення, є зелені водорості.

• 

• 

• 

• 

• 

Щодо їх представників зазначимо наступні: Tetradesmus dimorphus (Фото 10), Hydrodictyon reticulatum (Фото 11), Botryococcus terribilis (Фото 12).

Фото 11. Hydrodictyon reticulatum (Linnaeus) Bory. Фото виконано: Eliška Zapomělová та Jan Kaštovský)

Щодо представників евгленових, які також відомі своїм масовим розвитком у водоймах України, наведемо як приклад Lepocinclis ovum (Фото 13).

Ще однією групою, що також відзначається масовим розвитком, і обумовлює “цвітіння” водойм, є діатомові водорості. Ця група є найпоширенішою та екологічно-значущою на нашій планеті, що населяє водне, наземне та повітряне середовище. Діатомеї є вагомою ланкою в ланцюзі живлення, що формує чверть первинної продукції Землі — органічної речовини, утвореної за певний час автотрофними організмами. Серед низки представників зазначеної групи, які можуть викликати зазначене явище, є Cyclotella meneghiniana (Фото 14). Навіть більше, дуже часто саме цей вид має велику чисельність у весняний період.

• 

• 

• 

Наступною групою, що може викликати “цвітіння” води є динофітові водорості (динофлагеляти), що також, як і діатомеї, є первинними продуцентами у водоймах. Загалом відомо, що динофіти здебільшого є мешканцями морів, однак близько 10% видів цієї групи є прісноводними. Частина видів цієї групи є фотосинтезуючими вільноживучими організмами, також відомі гетеротрофні та паразитичні форми. Деякі представники динофіт живуть у симбіозі з кораловими поліпами чи двостулковими молюсками, паразитичні представники цієї групи є причиною різноманітних хвороб риб та ракоподібних. Серед низки представників динофітових, що є домінантами за біомасою та чисельністю і вказуються науковцями при “цвітінні”, зазначимо Ceratium hirundinella (Фото 15).

Фото 15. Ceratium hirundinella (O.F.Müller) Dujardin. Фото виконано: Tomáš Hauer та Jan Kaštovský

Окремо варто вказати збудників “цвітіння”, які можуть спричинювати зміну забарвлення біля берегової лінії Чорного моря. Так з вересня по жовтень 2020 року, науковим співробітником Українського наукового центру екології моря, кандидатом біологічних наук, Галиною Теренько, відзначено потенційно токсичну динофітову водорость Lingulodinium polyedra (Фото 16). Ідентифікована в Чорному морі водорість, як і низка інших представників цієї групи, створюють так звані “червоні припливи”, що відзначені науковцями також біля узбережжя Австралії, США та Данії. Низка представників динофітових водоростей містять різноманітні токсини, що мають негативний вплив на живі організми, а деякі є навіть небезпечними для людини. Наприклад, людина може скуштувати молюсків чи ракоподібних, які накопичили у своєму тілі токсини динофітів, що потенційно можуть викликати навіть параліч.

Фото 16. Lingulodinium polyedra (F. Stein) J.D. Dodge. Фото виконано: Теренько Галиною Вікторівною

Розуміючи всю небезпеку цієї токсичної водорості, варто зазначити і деяку її іншу особливість. Зокрема, казково-блакитне світіння моря ввечері та вночі, це явище називають біолюмінісценцією, і досить часто воно властиве й іншим представникам групи динофітових водоростей (Фото 17).

Основні причини “цвітіння” води

Отже, ми дізналися, які з мікроскопічних водоростей можуть зустрічатись при явищі “цвітіння”, розвіяли міфи щодо того, що домінантами бувають лише синьозелені водорості, дещо дізнались про токсичність як синьозелених, так і динофітових водоростей. (Звісно, не лише ці групи можуть бути токсичними, але тема токсичних речовин водоростей дуже велика й ми можемо повернутися до неї якось іншим разом.)

На завершення хотілось би розібратися з причинами “цвітіння” водойм та дещо заглибитись у ще один популярний міф. Дуже часто причиною цього явища називають надмірну кількість фосфору, що потрапляє у воду через використання людиною фосфатовмісних пральних та мийних засобів. У медіа дещо гіперболізують це джерело додаткового фосфору у водоймах і називають його чи не єдиною причиною надмірного розмноження водоростей. Хоча це не єдине джерело ланцюга подій, які призводять до “цвітіння”, важлива роль цих речовин не заперечується. Саме тому, на державному рівні розроблений, однак ще не затверджений Закон України “Про державне регулювання у сфері мийних засобів”, який передбачає обмеження вмісту фосфатів у пральних та мийних засобах. У більшості країн ЄС ці обмеження вже існують, а в деяких країнах, наприклад у Австрії, Німеччині, Нідерландах та Італії,— взагалі заборонено використання мийних засобів із вмістом фосфатів.

Утім, існує чимало інших причин, що впливають на “цвітіння” вод. Наприклад, змиви мінеральних та органічних добрив із сільськогосподарських угідь, а також скид стічних вод всіх категорій (побутових, промислових, тваринницьких комплексів та ін.). Ці води багаті не лише на фосфор, але ще й на азот у значних кількостях. А саме співвідношення цих сполук і матиме суттєвий вплив на погіршення якості вод. У свою чергу, варто зазначити зростання рекреаційного навантаження на водні екосистеми, що також сприяє приросту чисельності та біомаси водоростей.

Окрім того, факторами, які призводять до “цвітіння” вод, є гідротехнічне будівництво, що супроводжується гідроморфологічними змінами у водоймах — це, зокрема, уповільнення течії води у річках, зниження їх проточності, створення великих мілководних акваторій та інше. А якщо до цих змін додати й збагачення води азотом і фосфором, то водойма зазнає такого явища, яке науковці називають евтрофікацією. Під цим терміном розуміють збільшення вмісту біогенних речовин у водоймі, що викликає бурхливе розмноження водоростей. Евтрофікація призводить до зменшення прозорості води, падіння вмісту розчиненого кисню у глибинних шарах внаслідок розкладу органічної речовини мертвих рослин і тварин, а також масової загибелі донних організмів.

Сподіваємося, тепер читачам зрозуміло, що “цвітіння” води це не причина, а наслідок зміни екологічної рівноваги у екосистемі. Природа в такий спосіб вказує нам на те, що слід змінити свою поведінку і більш зважено відноситись до водойм України як до скарбу, яким ми володіємо. А якщо вже ми призвели до цього явища, то слід пам’ятати: “цвітіння” водойм може нести загрозу здоров’ю людини (алергічні реакції на шкірі, ураження печінки, параліч органів дихання тощо) через токсичність водоростей, що його спричиняють. Саме тому варто уникати як споживання такої води, навіть очищеної, так і купання у ній. Бережіть природу та себе!

Джерела:

• Белякова Р.Н., Волошко Л.Н., Гаврилова О.В. и др. Водоросли, вызывающие цветение водоемов Северо-Запада России. M.: Товарищество научных изданий КМК, 2006. — 367 с.
• Біологія і екологія (профільний рівень): підруч. для 10 кл. закл. загал, серед, освіти / К. М. Задорожний, О. М. Утєвська. — Харків : Вид-во “Ранок”, 2018. — 240 с. : іл.
• Вассер С.П., Кондратьева Н.В., Масюк Н.П. и др. Водоросли. Справочник Киев: Наук. думка, 1989. – 608 с.
• Костіков І.Ю., Джаган В.В. та ін. Ботаніка. Водорості та гриби. Навчальний посібник. — Київ: 2004. — 213 с.
• Крахмальный, А. Ф. Динофитовые водоросли Украины (иллюстрированный определитель) / Отв. ред. П.М. Царенко. Киев: Альтерпрес, 329 с.
• Куликовский М.С., Глущенко А.М., Генкал С.И., Кузнецова И.В. Определитель диатомовых водорослей России. 2016 Филигрань Ярославль, 804 с.
• Царенко П.М. Краткий определитель хлорококковых водорослей Украинской ССР. Киев: Наук думка, 1990. – 106 с.
• Field C.B., Behrenfeld M.J., Randerson J.T., Falkowski P.G. Primary production of the biosphere: integrating terrestrial and oceanic components. Science. 1998. Vol. 281. P. 237-240. DOI:10.1126/science.281.5374.237.
• Guiry, M.D. & Guiry, G.M. 2020. AlgaeBase. World-wide electronic publication, National University of Ireland, Galway. https://www.algaebase.org; searched on 17 November 2020.
• Komárek J. & Anagnostidis K. (1998): Cyanoprokaryota 1. Chroococcales. – In: Ettl H., Gärtner G., Heynig H. & Mollenhauer D. (eds), Süsswasserflora von Mitteleuropa 19/1, p. 548, Gustav Fischer, Jena-StuttgartLübeck-Ulm.
• Komárek J. & Anagnostidis K. (2005). Cyanoprokaryota. 2. Oscillatoriales. – In: Büdel B., Krienitz L., Gärtner G. & Schagerl M. (eds), Süsswasserflora von Mitteleuropa 19/2, p. 759, Elsevier/Spektrum, Heidelberg.
• Komárek J. (2013): Cyanoprokaryota. 3. Heterocytousgenera.–In: Büdel B., Gärtner G., Krienitz L. & Schagerl M. (eds), Süswasserflora von Mitteleuropa/Freshwater flora of Central Europe, p. 1130, Springer Spektrum Berlin, Heidelberg.
• Lee, R. (2018). Phycology (5th ed.). Cambridge: Cambridge University Press. doi:10.1017/9781316407219. — Детальніше характеристики водоростей можна почитати саме в цій книжці.
• Melechin A.V., Davydov D.A., Shalygin S.S., Borovichev E.A. Open information system on biodiversity cyanoprokaryotes and lichens CRIS // Bull. MOIP. department of Biology, 2013. Vol. 118. N. 6. P. 51-56.
• Melekhin A. V., Davydov D. A., Borovichev E. A., Shalygin S. S., Konstantinova N. A. CRIS – service for input, storage and analysis of the biodiversity data of the cryptogams. Folia Cryptog. Estonica, Fasc. 56: 99–108 (2019) (DOI: https://doi.org/10.12697/fce.2019.56.10)

---

Цю статтю опубліковано в рамках проєкту “Щеплення правдою”, покликаного просувати цінності критичного мислення та навчати українців відрізняти фейки від надійної інформації в пов’язаних з наукою галузях. Проєкт виконує команда “Моя наука” разом з громадською організацією Unia Scientifica за підтримки Міжнародного Фонду “Відродження”.