В «Научных средах» публиковались ранее статьи об антарктическом подледниковом озере Восток. Сегодня мы узнаем об озере, также расположенном в Антарктике, которое оказалось весьма любопытным для биологов – озере Радок. К его изучению активно подключились и биологи ПИЯФ (Гатчина). Денис Карлов (младший научный сотрудник) и Сергей Булат (кандидат биологических наук) из отдела молекулярной и радиационной биофизики познакомят читателей с этим уникальным озером.

Как известно, антарктический материк покрыт мощным слоем ледникового панциря, площадь которого составляет ~98% от всей площади континента, тогда как около 2% приходится на, так называемые, оазисы. Что они из себя представляют? Антарктические «оазисы» – это свободные от ледникового покрова сравнительно теплые участки прибрежной зоны Антарктиды, одной из главных особенностей которых является наличие незамерзающей воды, в том числе озер. Самым обширным из всех оазисов на континенте является горно-долинный оазис Эймери, расположенный в Восточной Антарктиде, площадью около 1800км². Одной из главных жемчужин его можно назвать озеро Радок.

Озеро Радок было нанесено на карты в 1956 году с фотографий, сделанных Королевскими военно-воздушными силами Австралии. Получило своё название по имени преподавателя метеорологии Мельбурнского университета Уве Радока в знак признания его огромного вклада в создание австралийской гляциологической программы. Впервые глубину озера удалось измерить именно советским ученым в феврале 1984 года во время проведения 29-ой Советской Антарктической Экспедиции (САЭ). Глубина, оказавшаяся равной 346м, стала рекордной среди поверхностных озер Антарктиды. К настоящему времени точно измеренная глубина составляет 367.5м.

Озеро удалено от береговой черты примерно на 250км. Климат местности достаточно суров даже в короткий летний период с порывами ветра до 25м/с и температурой от +5 (всего несколько дней) в январе и до -12°С уже к середине февраля. Озеро Радок в течение всего года покрыто льдом, толщиной до 3 м, однако, в летний период поверхность озера частично вскрывается, образуя полыньи и забереги. Площадь зеркала воды составляет 20.1 км², длина около 10 км, ширина – 2.9 км. Питание озера осуществляется главным образом за счёт таяния ледника Бетти (Приозёрный), вклинивающегося в озеро на 2 км. Озеро Радок соединяется с соседним оз. Бивер, которое расположено на 7м ниже, рекой Межозерной. По этой реке, протекающей в ущелье Пагодрома, в период активного таяния снега и льда происходит сброс воды из озера Радок в оз. Бивер. Дно наиболее глубокой части Радока лежит ниже уровня моря почти на 350 м, тем самым, котловина озера образована крупнейшим в Антарктиде рифтовым разломом (рифт – крупная линейная впадина в земной коре).

Фото Д.Ю. Большиянова

Озеро Радок – это пресноводный водоем, причем сумма основных ионов сопоставима с суммой ионов оз. Байкал, и составляет приблизительно 100 мг/л. Благодаря низкому содержанию биогенных элементов Радок относится к типу водоемов, обедненных органическими соединениями. Температура воды в озере не превышает +1°С как на поверхности, так и у самого дна! Известно, что лед является серьезным препятствием для прохождения солнечной радиации, тем самым, существенно ограничивая развитие биоты в озере. Совокупность этих условий, указывает на возможность существования микроорганизмов, обладающих новыми, до сих пор не известными физиологическими и биохимическими свойствами, которые можно было бы применить в биотехнологическом производстве. Например, антифризовые белки широко применяются в самых разных областях: от биомедицинской, для хранения образцов тканей и клеток, не подвергая их заморозке, до пищевой для содержания продуктов без замораживания и сопутствующего ему обезвоживания.

Несмотря на неблагоприятные факторы среды, немецкими учеными на донной поверхности озера были найдены мхи, а в осадках с использованием мембранных фильтров удалось выявить 11 таксонов диатомовых водорослей (группы одноклеточных и колониальных водорослей, отличающихся наличием у клеток своеобразного «панциря», состоящего из кремнезема). Один из них - неизвестный вид рода Cyclotella, представители которого обитают в оз. Байкал. Этот вид довольно часто встречается в арктических широтах, применяется в палеоклиматических исследованиях. Российские же ученые обнаружили планктонных нитевидных и концентрических диатомовых, встречающихся на всех глубинах оз. Радок. Кроме того, в пробах воды, взятых участниками РАЭ, были также выявлены остатки организмов зоопланктона (рачки, коловратки). Также подсчитано число микроорганизмов в водной колонке озера -  ~2 х 10⁴ кл/мл, что примерно сопоставимо с численностью микроорганизмов в оз. Байкал, или даже ниже, в зависимости от глубины и места отбора проб воды. (Байкал – самое глубокое озеро в мире, озеро Радок - самое глубокое озеро в Антарктиде, поэтому идет сопоставление этих озер).

Замер глубины. Фото М.П. Андреева

В современной бактериальной систематике для идентификации микроорганизмов, выделенных из природных сред, используются молекулярные методы, которые пришли на смену методу культивирования. Выяснилось, что в лабораторных условиях культивируется не более 1% от общего числа известных видов микроорганизмов. Применение же молекулярных методов, таких как полимеразная цепная реакция (ПЦР), поистине стало настоящей революцией и позволило существенно раздвинуть наши представления о биоразнообразии мира микроорганизмов. Использование же довольно консервативного в плане эволюции гена 16S рРНК («каркас» малой субчастицы рибосом – «фабрик» биосинтеза белка) в качестве маркера позволило выявить огромное количество ранее неизвестных микроорганизмов в различных природных эконишах, включая пресноводные озера. Благодаря появлению данного молекулярного подхода в науке «микробная экология» произошел целый переворот. Стало понятно, что микроорганизмы в нашей жизни и жизни нашей планеты играют куда более важную роль, чем об этом думали ранее. Поистине, наша Земля – это бактериальная планета!

Одним из направлений группы «криоастробиология» (ОМРБ ПИЯФ, Гатчина) уже на протяжении 5 лет является изучение микробного разнообразия оз. Радок при помощи современных молекулярно-биологических методов. За это время было выявлено около 40 представителей бактериальных и эукариотических (зеленые и диатомовые водоросли) микроорганизмов. Оказалось, что доминирующими являются представители разделов Actinobacteria и зеленых водорослей. Особый интерес вызывает факт наличия зеленых водорослей у самого дна озера на глубине 367.5м. Ведь, как показано на примере других озер, уже на глубине 60м интенсивность солнечной радиации снижается до 2% и ниже от изначальной, падающей на поверхность льда. Таким образом, количество солнечной энергии представляется явно недостаточным для осуществления процесса фотосинтеза, но наши исследования показывают совершенно обратную картину.

Кроме того, по всей водной толще нами была выявлена последовательность ДНК на 91% сходная с диатомовой водорослью Thalassiosira pseudonana, которая в свою очередь была обнаружена российскими учеными в оз. Байкал. Еще одной очень интересной находкой стала бактерия “Candidatus” Planktophila limnetica - абсолютно доминировавшая во всех исследованных нами горизонтах озера. Этот микроорганизм относится к широко распространенной пресноводной группе бактерий из раздела Actinobacteria. Пока ученым не удалось выделить этот микроорганизм в чистую культуру, чтобы изучить его биохимические и физиологические свойства. Но, несомненно, “Candidatus” Planktophila limnetica играет важнейшую роль в биогеохимических циклах экосистемы оз. Радок, и эту роль нам еще предстоит разгадать. Примечательно, что данная бактерия не так давно была также выявлена в оз. Байкал.

Еще одной из интереснейших групп микроорганизмов, выявленных нами, являются представители раздела Planctomycetes. Эту бактериальную группу отличает ряд особенностей в строении клетки, например, наличие квазиядра. Как известно, бактерии относятся к безъядерным микроорганизмам, и присутствие в клетке Planctomycetes структуры, напоминающей ядро эукариотических организмов, вызывает особый интерес к изучению этого таксономического раздела бактерий.

Изучение оз. Радок еще далеко от завершения. В будущем предстоит более тщательно изучить состав микроорганизмов как непосредственно в воде, так и в донных осадках, и кто знает, какие неожиданные открытия сулит нам далекое холодное, но полное жизни антарктическое озеро.