Едете ли вы по шоссе Стюарта от Теннант-Крик до Кэтрин на Северной территории Австралии, вы, скорее всего, обратите внимание на парящих в небе орлов, а не на то, что происходит под землёй, в подземных водах.
Пересекая суббассейн Бииталу, вы также пересекаете известняковый водоносный горизонт Кембрия толщиной от 50 до 400 метров, который охватывает 570 000 квадратных километров Северной Австралии. И он поддерживает подземную жизнь, включая стигофауну.
Стигофауна
Стигофауна — это любые животные (фауна), которых можно найти в водоносных горизонтах, подземных пещерах и некоторых поверхностных водах. Термин происходит от слова «stygo», которое в греческой мифологии относится к реке Стикс, которая образовывала границу между миром живых и подземным миром.
Стигофауна является индикатором состояния экосистемы подземных вод и играет важную роль в экологии подземных систем, включая круговорот питательных веществ. Многие из них проводят всю свою жизнь в подземных водах, поэтому неудивительно, что они приобрели множество уникальных биологических адаптаций для выживания в тёмных, с низким содержанием кислорода и питательных веществ средах.
Существует множество факторов, влияющих на наличие и видовое разнообразие сообществ стигофауны, включая качество и количество подземных вод.
Исследования CSIRO
CSIRO изучает сообщества стигофауны в подземных водах суббассейна Бииталу в рамках проекта, проводимого Альянсом по социальным и экологическим исследованиям газовой промышленности (GISERA). Проект включал отбор проб из скважин по всему водоносному горизонту для создания представления о том, где существуют стигофауны, и оценки их уязвимости к деятельности на поверхности.
Доктор Пол МакИнерни, старший научный сотрудник, говорит, что изучение этих сообществ имеет важное значение для продвижения нашего понимания экологии подземных вод, здоровья водных экосистем и воздействия деятельности человека на водные ресурсы в уникальных средах, таких как суббассейн Бииталу.
«Стигофауна — это удивительные существа, специально адаптированные к жизни в подземных водных средах обитания», — говорит он. «Часто обитая в темноте, многие из них потеряли глаза и развили ряд уникальных особенностей, чтобы выжить в этих сложных условиях, которые часто характеризуются низким содержанием питательных веществ и кислорода».
Группы стигофауны
Стигофауна делится на три основные группы:
- …
Основное внимание в исследовании суббассейна Бииталу уделялось группе стигобитических видов. Целью исследования было определение факторов окружающей среды, влияющих на распространение стигофауны; понимание экологии сообществ стигофауны; и сбор исходных данных, которые помогут определить будущие потенциальные воздействия промышленной деятельности в регионе.
Методы исследования
Исследователи CSIRO измерили качество воды и содержание питательных веществ более чем в 50 скважинах подземных вод на сотнях квадратных километров суббассейна Бииталу. Организмы, включая стигофауну, были обнаружены по данным ДНК окружающей среды (eDNA), извлечённой из проб подземных вод. Стигофауна также была собрана с помощью сетей, а ДНК образцов предоставила информацию о потоке генов между популяциями в разных местах.
Кроме того, исследователи сняли видеоматериалы о стигофауне, плавающей в скважинах подземных вод и в пересекающих их известняковых полостях.
Результаты исследования
Среда подземных вод известнякового водоносного горизонта Кембрия оказалась от пресной до солёной, и, как и ожидалось, уровни растворённого кислорода были очень низкими. Растворённый органический углерод (который в поверхностных водах обычно выщелачивается из растительной подстилки) также был низким, что позволяет предположить, что он не является основным источником топлива для пищевой сети стигофауны.
При изучении вертикального распределения стигофауны в водоносном горизонте исследователи обнаружили, что они в основном встречаются в полостях. Эти геоморфологические особенности оказались самым большим индикатором присутствия стигофауны.
Было идентифицировано семь различных таксономических групп стигофауны, которые живут только в подземных водах. Сообщество доминировали представители подтипа Crustacea. Крупнейшими и наиболее распространёнными из них были креветки, принадлежащие к роду Parisia.
Роль хемолитоавтотрофов
На поверхности Земли растения используют энергию солнечного света, чтобы извлечь углекислый газ из воздуха и произвести пищу для животных. Но в подземных средах обитания света нет. Одна группа микробов, хемолитоавтотрофные бактерии, используют химические реакции и неорганические вещества, такие как горные породы, для получения энергии.
Хемолитоавтотрофы важны для многих биогеохимических процессов, включая нитрификацию, окисление метана, восстановление сульфатов и анаэробное окисление аммония, которые помогают регулировать круговорот ключевых элементов, таких как азот, углерод и сера. Эти микробы играют особенно важную роль в средах, где мало органического вещества или кислорода.
Роль хемолитоавтотрофов в подземных средах обитания суббассейна Бииталу подтверждается предыдущими исследованиями CSIRO на Северной территории. В подземных средах обитания хемолитоавтотрофы необходимы для функционирования экосистемы. Они действуют как источник углерода и энергии для стигофауны — животных, населяющих системы подземных вод, — получая энергию за счёт окисления неорганических молекул.
Примечательно, что эти микроорганизмы могут встречаться на глубине до 100 метров под поверхностью, поддерживая жизнь в экосистемах, удалённых от солнечного света или поступления питательных веществ с поверхности.
Для более эффективной защиты стигофауны необходимо углубить наше понимание их экологии. Эти сообщества, обитающие в подземных водах, чувствительны к ряду видов деятельности человека, многие из которых могут оказать значительное и долгосрочное воздействие на их среду обитания. Такие действия, как понижение уровня грунтовых вод, внесение питательных веществ или пестицидов и химическое загрязнение, могут нарушить хрупкий баланс подземных экосистем.
Такие нарушения могут изменить физические характеристики этих сред обитания, включая изменения качества воды и профиля питательных веществ, что, в свою очередь, может повлиять на микробные сообщества, от которых зависит стигофауна.
Эти сдвиги могут привести к изменениям в биотическом составе экосистем подземных вод, что в конечном итоге снизит разнообразие и численность стигофауны и поставит под угрозу общее состояние здоровья этих скрытых, но жизненно важных экологических сетей.
Сосредоточив будущие исследования на понимании требований к среде обитания и экологии стигофауны, мы сможем получить более полное представление о рисках для их сообществ.
Предоставлено CSIRO