Красный прилив

Р оссийская академия наук провела в онлайн-режиме пресс-конференцию на тему «Гибель морских животных на Камчатке — природное явление».

На пресс-конференции, которую открыл президент РАН Александр Сергеев, выступили вице-президент РАН академик Андрей Адрианов, директор Тихоокеанского института биоорганической химии имени Г. Б. Елякова Дальневосточного отделения РАН Павел Дмитренок и заведующий лабораторией экологии эволюционной биологии водных организмов ДВФУ Кирилл Винников.

По мнению ученых, массовая гибель морских организмов в конце сентября этого года на Камчатке — это не техногенная катастрофа, а природное явление, известное под названием «вредоносное цветение водорослей», или «красный прилив».

«Стимул» публикует краткое изложение сообщений ученых.

Вице-президент РАН, академик Андрей Адрианов

Вице-президент РАН, научный руководитель Национального научного центра морской биологии имени А. В. Жирмунского ДВО РАН, академик Андрей Адрианов

Научная Россия

Когда 7 октября последовало обращение к Российской академии наук, сразу несколько наших институтов были вовлечены в исследования. И мы исходно выделили две группы гипотез. Первая из них, безусловно, техногенная. Вторая группа гипотез — действие природных факторов. Среди природных факторов это сейсмические события и воздействие массового цветения микроводорослей.

Техногенные факторы и их возможное влияние. Постепенно в результате проведенных анализов техногенная версия отходила на второй план, поскольку и в исследованиях наших научных подразделений, и в лабораториях Росприроднадзора, Роспотребнадзора, Росгидромета получалась достаточно сходная информация, что ни по каким химическим веществам, которые могли бы представлять опасность, нет существенного превышения ПДК. Было превышение ПДК по нефтеуглеводородам, по общим фенолам, по фосфат-ионам, по ионам аммония, по поверхностно активным веществам, по железу и так далее. Но эти превышения ПДК, даже в некоторых случаях кратные повышения, конечно же, не могли спровоцировать ту массовую гибель гидробионтов, которая была отмечена на Камчатке.

Более тонкие химические анализы на предмет поиска техногенных агентов дали дополнительную информацию: в пробах воды и грунта из района Халактырского пляжа были обнаружены пестициды, в частности фунгициды, пропиконазол. Были некоторые другие вещества. Но опять-таки это были концентрации, которые не могли оказать сколько-нибудь выраженный эффект на гидробионты.

Отпали и версии, связанные с разливом ракетного топлива и массовыми разливами нефтеуглеводородов. Средства объективного контроля и последующие химические анализы показали отсутствие этих факторов, которые могли бы стать причиной гибели гидробионтов.

Природные факторы

Сейсмика. Сейсмическая гипотеза тоже довольно быстро отпала, поскольку, по данным Института вулканологии и сейсмологии, не было сейсмических событий в течение сентября — начала октября, которые могли бы стать причиной гибели гидробионтов. Хотя иногда сейсмика бывает такой причиной. Например, когда происходит выделение сероводорода или метана, в результате чего в придонной воде снижается количество кислорода. Это опосредованно может быть причиной гибели гидробионтов.

Вредоносное цветение воды. И все больше и больше мы склонялись к тому — и сейчас я уверен в этой версии, — что мы столкнулись с достаточном масштабным, но отнюдь не редким для Камчатки природным явлением, которое называется «вредоносное цветение воды», или, более просто, «красные приливы».

Участники исследований. К нашей работе сразу же подключилось несколько подразделений, находящихся под научно-методическим руководством Российской академии наук. В Москве это Институт общей химии имени Зеленского, Институт биоорганической химии имени Шемякина и Овчинникова, Институт океанологии, коллеги из Московского государственного университета. На дальневосточной площадке это прежде всего Национальный научный центр морской биологии имени Жирмунского во Владивостоке, Институт автоматики процессов управления Дальневосточного отделения РАН, Тихоокеанский институт биоорганической химии имени Елякова, тоже из Дальневосточного отделения РАН. На Камчатке это Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН и Дальневосточный федеральный университет. В результате их совместной работы мы смогли на сегодняшний день получить картину, существенно проясняющую то, что произошло.

Сравнение содержания хлорофилла в воде вдоль побережья Камчатки в начале сентября 2019-го и в 2020 году (выделено оранжевым цветом)

Научная Россия

Что показывает спутниковая съемка. На кадрах объективной спутниковой информации мы видим ситуацию 2020 года, которая сравнивается с информацией для того же периода прошлого года. Эти снимки обработаны в Институте автоматики процессов управления в лаборатории спутникового мониторинга, который в сотрудничестве с Национальным научным центром морской биологии разработал алгоритмы достаточно четкой идентификации вредоносных цветений воды на больших морских акваториях.

Мы начинали с того, что собирали пробы микроводорослей, культивировали их в лабораторных условиях. Дальше в ходе экспериментов получали различные спектры, различные флуоресцентные характеристики, присущие строго определенным видам микроводорослей. И потом во взаимодействии уже с физиками и математиками учились вычленять фрагменты этих спектров из общей картины спектральной информации, которую получают наши спутники. В результате обработки этой информации можно видеть районы концентрации хлорофиллов, которые являются маркерами присутствия микроводорослей, и в некоторых случаях по особым флуоресцентным характеристикам можно даже делать предположения, какие же микроводоросли в данном случае дали эту грандиозную вспышку биомассы. Соответственно, если мы знаем, какие это виды микроводорослей, мы уже понимаем, какие токсины присутствуют в среде: разные виды микроводорослей вырабатывают разные токсины, которые оказывают различное действие. Какие-то действуют на теплокровных животных, какие-то — на холоднокровных, на рыб, на беспозвоночных. Какие-то представляют достаточно большую опасность для человека.

Так вот, уже в начале сентября в районе Юго-Восточной Камчатки на снимках видны более насыщенные красные цвета, то есть мы видим начало массового развития планктонных микроводорослей.

Видно резкое увеличение содержания хлорофилла в воде вдоль побережья Камчатки в начале октября

Научная Россия

Конец сентября — начало октября: грандиозный красный прилив.

В середине сентября я бы отметил некоторый спад активности этого явления. А к концу сентября началась вторая волна вредоносного цветения. И в начале октября мы видим грандиозный красный прилив вредоносного цветения воды как раз в районах Юго-Восточной Камчатки. Там на снимке уже фактически не красные, а бордовые цвета. Это произошло в районе Петропавловска, там, где есть люди, там, где работали дайверы, серфингисты. Все эти люди стали очевидцами произошедшего.

Итак, вторая половина сентября — начало октября — это действительно время, когда происходило массовое развитие микроводорослей. Теперь задача — попытаться понять, какие это микроводоросли, могли ли они стать источником токсинов, которые оказывали негативное воздействие как на людей, так и на морские организмы.

На фотографиях во многих бухтах начиная от Халактырского пляжа к югу фактически до бухт Жировая и Вилючинская и даже южнее — до Русской, до Лиственничной, почти до мыса Лопатка видны так называемые пенные пятна. Многие очевидцы наблюдали изменение цвета воды, наблюдали образование вот этой пены. И попадая именно в массив этой пены, люди получали раздражение слизистых.

Штормовые проявления. А в некоторых районах, где были штормовые проявления, был массовый, штормовой выброс, в котором было обнаружено большое количество мертвых гидробионтов. Как правило, это были беспозвоночные животные: осьминоги, двустворчатые моллюски, звезды, ежи и так далее. Сами по себе штормовые выбросы — это не редкость. И те объемы гидробионтов, которые оказались выброшенными на берег, не такие большие. Они в разы меньше, чем те грандиозные объемы, которые в результате тайфуна Майсак были выброшены на побережье Приморского края, где лежало гигантское количество моллюсков, морских червей: тысячи и тысячи тонн. Но тогда были выброшены живые гидробионты. Сейчас были выброшены гидробионты мертвые. Это заставило задуматься. И были предприняты исследования бентоса, то есть донной биоты под водой, на глубинах пять–семь–десять метров. И действительно были зафиксированы места, где было большое количество мертвых организмов. Конечно, у страха глаза велики. Когда коллеги-дайверы говорили, что где-то 95 или 100 процентов всей живности погибло, — это перебор. Условно говоря, соотношение живых и мертвых гидробионтов было 70 к 30. Для разных групп оно было разным. Например, что касается морских ежей, то да, были места, где морские ежи полностью погибли. Но, с другой стороны, практически все группы ракообразных были представлены живыми организмами. Морские звезды оказались гораздо более устойчивыми, чем морские ежи. Это тоже некие подсказки, которые позволили нам сориентироваться, когда мы определяли о каких токсинах идет речь.

Пенные пятна в воде, возникающие в результате воздействия микроводорослей

Научная Россия

С чем это связано. Причем, если в начале октября мы были свидетелями изменения цвета воды, массового образования пены, то это был уже конец этого масштабного явления — вредоносного цветения воды. Уже буквально через несколько дней, 9 октября, ситуация разительно изменилась. Дело в том, что красные приливы как появляются внезапно, фактически одномоментно, так же достаточно быстро исчезают.

С чем это связано? Мы долгое время изучаем микроводоросли в дальневосточных морях и уже достаточно хорошо знаем их биологию. В донных осадках покоящаяся стадия этих микроводорослей существует довольно долго — годы и даже десятилетия. А концентрация этих спор покоящейся стадии микроводорослей может быть огромная. И, кстати, именно на юго-востоке Камчатки зарегистрированы рекордные показатели — до 50 тысяч клеток спор на один грамм осадка. И в силу каких-то причин, нам еще не очень понятных, возможно, связанных с климатическими изменениями, фактически одномоментно миллиарды этих клеток выходят из стадии покоящихся в вегетативную стадию в толще воды. В результате в воде оказывается огромное количество этих клеток. И именно в этот момент мы со спутников можем видеть эту громадную концентрацию хлорофилла и понимаем, что начинается этот процесс. Но через какое-то время эти клетки начинают массово погибать. И огромное количество органики начинает опускаться на морское дно.

Казалось бы, это зеленая клетка, у нее хлорофилл, который является продуктом фотосинтеза. А побочный продукт фотосинтеза — кислород. И действительно, эти микроводоросли в какой-то степени являются если не легкими, то жабрами планеты. Но когда их становится слишком много и происходит их массовая гибель, то на окисление этого огромного количества органики, оказавшейся на дне, оттягивается кислород. В результате снижается концентрация кислорода в придонных слоях воды и могут возникать так называемые заморы. Могут гибнуть те же самые гидробионты от недостатка кислорода. Через некоторое время ситуация восстанавливается, но животные уже погибли. Но кроме этого может быть и прямое воздействие токсинов, потому что все эти микроводоросли, а они разные, вырабатывают и токсины тоже, о которых я уже говорил. И эти заморы, эта гибель может случаться в результате прямого действия этих токсинов. Но экосистема достаточно быстро восстанавливается. На фото из той же самой Вилючинской бухты, где какое-то время назад было массовое скопления пены и фиксировалось изменение цвета воды, видно, что уже начинает восстанавливаться и донная биота.

Подозреваются водоросли. Возникает вопрос: кто? Кто дал вот это массовое развитие вредоносных водорослей? У нас еще есть группа фотографий, на которых по изменениям флуоресценции, по изменению окраски мы можем понять, что начиная с середины сентября до начала октября происходила смена доминирующих групп фитопланктона. Сначала — одни водоросли. Соответственно одни токсины. Они сходят на нет. Затем другая группа выходит на первый план. И другие токсины, и так далее. Это зафиксировано. Были обнаружены микроводоросли из группы гимнодиниумов, были обнаружены динофизисы, были обнаружены псевдонитцшии. Но высокие концентрации были отмечены только для представителей рода Gymnodinium. Они ответственны за выработку достаточно большого количества разных токсинов. И, что интересно, именно тех токсинов, которые действуют на беспозвоночных животных. Слава богу, что не было микроводорослей, которые вырабатывают нейропаралитические и амнезийные токсины. Например, нейропаралитические токсины вырабатывают микроводоросли из рода Alexandrium. Если бы были эти токсины, мы бы сталкивались с более драматической картинкой, когда погибали бы теплокровные животные. Такое тоже происходит. Это фиксируют и наши заокеанские коллеги на побережье Соединенных Штатов и Канады. У нас это бывало на севере Камчатки и на Чукотке, где мы наблюдали последствия отравления воды этими токсинами, когда были сотни и сотни погибших морских млекопитающих, включая моржей. Сейчас же динофизисы, которые ответственны за так называемые диарейные токсины. Это достаточно хорошо совпадает с клинической картиной, которая наблюдались у дайверов: тошнота, рвота и диарея. Это метилэтилы окадаевой кислоты. Их концентрация сейчас уже невысока.

Еще раз скажу: мы стали свидетелями уже завершающей стадии этого массового события. И сейчас уже, конечно, количество токсинов в пробах будет существенно уменьшаться. И негативного воздействия на биоту уже не происходит. Идет восстановление подводных ландшафтов, подводной биоты.

Что дальше? Микроводоросли, которые обнаружены нами живыми в пробах, сейчас перемещены в культуру. В этой культуре мы должны вырастить их достаточную концентрацию, чтобы делать более подробные анализы. Чтобы выяснить более точно, какие это были токсины.

Исчезновение пенных пятен, которое характеризует восстановление экосистемы Авачинского залива

Научная Россия

Выводы. Итак, вредоносное цветение воды — это факт. Образование, изменение цвета воды и пены связано не с техногенными факторами, а с вредоносным цветением воды. Вредоносное цветение воды вызвано микроводорослями, которые вырабатывают токсины. Токсины в пробах обнаружены. Мы понимаем: мы столкнулись с природным явлением. Сейчас спокойно в научных лабораториях дорабатываем, какие микроводоросли, какие клоны, какие токсины. Даем рекомендации на будущее. Здесь оговорюсь: мы уже двадцать лет даем рекомендации, как вести себя в случае вредоносного цветения воды. Публикуем книги «Биологическая безопасность дальневосточных морей России». Обращаемся, что нужно создавать центры экологического мониторинга среды дальневосточных морей, поскольку здесь у нас происходят в связи с климатическими изменениями достаточно серьезные события: и цветение воды, и шторма, и новые атмосферные явления. За этим нужно следить. И такие возможности у институтов, находящихся под научно-методическим руководством РАН, существуют.

Замечу, что массовое цветение микроводорослей фиксируется в самых разных районах Мирового океана. В том числе у наших соседей по Северной Пацифике — в Соединенных Штатах и Канаде, да и с атлантической стороны в районе Массачусетского залива и дальше встречается массовое цветение. Но там, безусловно, этому уделяется гораздо больше внимания, там существует специальная оперативная служба, отслеживающая начало этих явлений, система предупреждения, есть строгие алгоритмы, когда нужно прекращать, допустим, добычу морепродуктов в случае появления каких-то микроводорослей, которые могут быть продуцентами конкретных токсинов, даются рекомендации населению, как себя вести.

А вообще, это явление известно давно, о нем написано в Библии — о красных водах. Еще в 1799 году наш известный промышленник Баранов фиксировал эти явления, когда случилась гибель его сотрудников. Мы отслеживаем эти явления, они, к сожалению, очень нередки. Другое дело, что в наших водах они в основном фиксировалось раньше у северных берегов Камчатки, на Чукотке. Там события были очень драматические. В конце двадцатого века в течение нескольких лет численность моржей на чукотских пляжах упала с 12 тысяч до четырех тысяч особей в результате нескольких массовых цветений, когда цвели более страшные персонажи. Это, например, виды рода Alexandrium, вырабатывающие сакситоксин — сильнейший нейропаралитический яд.

Я всегда даже в лекциях студентам привожу случаи, когда одномоментно погибло 400 калифорнийских морских львов, и как была выстроена работа соответствующих научных служб по поиску причины этой гибели, по идентификации токсинов. К сожалению, это нередкое явление, к нему надо быть готовым. У природы много что заложено, и периодически это срабатывает. Наш центр культивирования микроводорослей и лаборатория морской микробиоты, которую возглавляет, пожалуй, лучший в нашей стране специалист по морским микроводорослям Татьяна Юрьевна Орлова, анализируют информацию практически от Мыса Дежнева до юга Приморья. Где и когда, с какой частотой происходят эти явления. Я должен сказать, что как раз для Камчатки за последние несколько десятилетий интенсивность этих событий увеличилась в пять раз.

Естественно, возникает вопрос: что могло спровоцировать подобное цветение? Это сезонное явление. Разные вредоносные цветения могут происходить даже в разное время года. Рыбаки особенно это знают, на морских заливах иногда вы зимой сверлите лунку, вытаскиваете бур, и вдруг оттуда вода черного цвета. Это тоже цветение определенных видов микроводорослей.

Что спровоцировало? Возможно, это связано с климатическими изменениями, которые мы фиксируем средствами объективного контроля. Но еще никто не знает, что дает сигнал, после которого миллиарды спящих покоящихся цист одномоментно выходят в планктонную стадию и на ваших глазах за часы меняется цвет воды.

Заведующий лабораторией экологии эволюционной биологии водных организмов ДВФУ Кирилл Винников

Заведующий лабораторией экологии эволюционной биологии водных организмов ДВФУ Кирилл Винников

Научная Россия

Я руководил десантом молодых сотрудников Дальневосточного федерального университета, некоторые из которых также являются сотрудниками Дальневосточного отделения Российской академии наук.

Кризисная ситуация, а не кризис. Наша задача состояла в том, чтобы осмотреть те места, в которых, как мы предполагали, происходила эта кризисная ситуация. Я намеренно называю это «кризисной ситуацией», потому что изначально мы сразу договорились, что это не экологическая катастрофа: все последствия, вернее все явления, которые мы наблюдали, не были необратимыми. Когда мы говорим о катастрофе, мы подразумеваем, что произошло то, что нельзя вернуть обратно. Но наблюдения, которые мы произвели, показывали, что экологическая система не настолько подорвана, чтобы не вернуться в свое равновесное состояние.

Исследования на земле. И вот буквально с трапа самолета нас привезли на Халактырский пляж, где мы встретились с губернатором и осмотрели местность, с которой все началось, — это был лагерь серфингистов. Мы взяли у них показания о том, как они впервые заметили недомогания и какие-то странные явления с поверхностью морской среды. И на основе уже их показаний мы впервые задумались о том, что здесь не совсем характерные для техногенных загрязнений явления, потому что цвет воды изменялся вдоль всего Халактырского пляжа. Длина Халактырского пляжа — 40 километров, в случае техногенного разлива такого масштаба был бы сразу заметен источник происхождения этого загрязнения. Но тем не менее мы рассматривали все возможные гипотезы загрязнения, в том числе техногенные. И для этого мы исследовали несколько полигонов, основных полигонов, с которых могла произойти утечка ракетного топлива или пестицидов. Мы исследовали ручьи, которые протекали возле этих полигонов, собирали пробы грунтов, воды, организмов. Все это тщательно документировалось, создавался реестр сбора материала, чтобы создать целую систему различных проб, которые в дальнейшем распределялись уже по различным лабораториям. И каждая группа внутри этих институтов непосредственно занималась теми анализами, на которых она специализируется. А затем результаты этих анализов собирались в так называемый научный штаб, созданный губернатором Камчатского края при Институте вулканологии и сейсмологии.

Красные приливы.

Уже на основе первых данных стало понятно, что мы имеем дело с так называемыми красными приливами, или цветением воды за счет микроводорослей. Мы также совершили аэросъемку всего юго-восточного побережья Камчатки и наблюдали уже последствия этих пенных образований и цветения. Благодаря чему мы могли оценить, по крайней мере, площадь поражения данной акватории. И вместе с Кроноцким заповедником мы осуществили экспедицию на север вдоль побережья от Халактырского пляжа в сторону заповедника. А в данный момент происходит экспедиция сотрудников Дальневосточного Федерального университета и Кроноцкого заповедника на юг Камчатки вдоль всего побережья до мыса Лопатка. Они также собирают пробы фитопланктона, пробы воды, в том числе с помощью водолазов ищут различные свидетельства гибели гидробиоты на дне океана.

В той экспедиции, в которой я участвовал, массовой гибели не наблюдалось, несмотря на описания водолазов: те сборы, которые они совершили, показывали, что гибель наблюдается в основном среди морских ежей и среди таких организмов, которые мы называем фитонами — это особый класс морских гидробионтов, которые живут на дне. Все остальные группы организмов благополучно существовали и никоим образом не выражали готовности погибнуть. Мы также наблюдали, что экосистема уже восстанавливается.

Из экспедиции мы вернулись 10 октября, и можно сказать, что уже есть первые свидетельства, которые подтверждают, что вся эта система возвращается в свое равновесное состояние.

Мы собирали все возможные видеоматериалы, в том числе от водолазов, от энтузиастов-блогеров, которые неравнодушны к ситуации в Камчатском крае. И они нам очень помогли, потому что дали единственные видеосвидетельства того, что происходит на дне в момент восстановления экосистемы, полностью видна динамика происходящих событий.

Павел Сергеевич Дмитренок, директор Тихоокеанского института биоорганической химии

Директор Тихоокеанского института биоорганической химии Павел Дмитренок

piboc.dvo.ru

Действительно, техногенная версия скорее всего отпадет. У нас был опыт катастрофы на реке Амур в 2006 году, когда взорвался китайский химический завод и из притоков Амура пошло загрязнение и страшное громадное пятно шло на Хабаровск. И мы тогда решили задачу по идентификации опасных соединений за три дня вместе с коллегами из Санкт-Петербурга и из Уфы. Оказалось, что это производное бензойной кислоты, что не так все страшно и город можно было оставить на месте, не эвакуировать. То есть я больше чем уверен, что техногенные загрязнения, которые могли бы быть, специалисты определили бы, нашли и вычислили.

Но в то же время эта ситуация подтолкнула к анализу того, как мы относимся к своим морям, как за ними нужно следить, наблюдать и защищать наше население и подводный мир океана. Конечно, Андрей Владимирович совершенно прав, что пора сделать центр контроля за водными бассейнами — это назрело, это нужно решать. Наверное, этот центр должен быть во Владивостоке, там университеты и академические институты и какие-то их клоны в Хабаровске, в Петропавловске-Камчатском с обученными специалистами, с быстрой реакцией на возможную опасность или загрязнение.

Нашей задачей во всей этой большой работе было обнаружить токсины, о которых Андрей Владимирович рассказал подробно. Наш институт этим занимается уже 50 лет, мы ищем биологически активные соединения, в том числе морского происхождения. У нас богатейший опыт. Но здесь задача конкретная: из сложной матрицы, полученных проб, очень быстро определить целевое вещество. А может быть, и не целевое. Потому что кроме известных 600 токсинов из динофлагеллятов они могут вырабатывать и другие, неизвестные. Задача не так проста еще и потому, что морская вода — это сложная матрица, достать оттуда токсин и точно достоверно определить, что это он, не так просто.

Тем не менее, используя методы, которые у нас есть, мы определили метиловый эфир окадаевой кислоты в пробе воды из бухты Жировой. Она была определена с достоверностью 99 процентов. Концентрация эта далека от предельно допустимой. Но она есть. Какая она была раньше, какой она будет дальше — никто не знает, за этим надо следить. Причем проба взята из одного места, из бухты Жировая. А где была самая большая концентрация? А на какой глубине? Вопросов еще много. Но факт остается фактом. Из 600 токсинов мы нашли метиловый эфир окадаевой кислоты и его родственный изомер.

Далее, мы получили образцы животных с Халактырского пляжа. Мы взяли мидии. И в них мы обнаружили метиловый эфир окадаевой кислоты.

То есть цветение было. Токсины обнаружены. Но эти токсины в небольших концентрациях. Слава богу, более страшных токсинов — сакситоксинов, которые могли бы быть обнаружены, — мы не нашли.

Но надо сказать, что мы ищем по известным характеристикам уже установленные вещества. Но могут ведь быть вещества, которые, во-первых, не так просто установить — не все есть в базах данных, не всегда хватает стандартов. И здесь мы с надеждой смотрим на работы, которые инициировал Андрей Владимирович, что будут наработаны культуры и, с одной стороны, будет их полное генетическое описание, а с другой — мы ждем, что нам предоставят эти культуры и мы из них выделим токсины как реперы для дальнейших быстрых анализов и идентификации. Это необходимо сделать. То есть для каждого образца динофлагеллята, который в наших отечественных морях есть, нужно составить токсикологический профиль. И можно видеть это инвайзеры, то есть откуда-то зашедшие организмы, или наши местные, и как они меняются — за этим тоже нужно наблюдать. От этого зависят в том числе здоровье населения и наши знания об этих опасностях.