Хаслея Карадагская из Лаборатории водорослей и микробиоты на Карадаге
В рамках медиа-экспедиции «Заповедный Карадаг» её участники посетили уникальную Лабораторию водорослей и микробиоты Карадагской научной станции им. Т.И. Вяземского. Мы узнали, в чём уникальность лаборатории на мировом уровне, что такое диатомы, их важность и опасность для человека, а также о водоросли-эндемике, которая обитает исключительно в акватории потухшего вулкана Карадаг в юго-восточном Крыму.
Лаборатория водорослей и микробиоты была сформирована на Карадагской научной станции как самостоятельное структурное подразделение в 2007 году, хотя уже задолго до этого на Карадаге существовало и развивалось направление исследований, связанное с содержанием в живом, активном состоянии культур диатомовых водорослей. Основная задача лаборатории - изучение вопросов, связанных с половой репродукцией диатомовых водорослей.
Это одна из трёх лабораторий в мире, которая занимается этим направлением. Лаборатория давно сотрудничает с зарубежными и российскими коллегами. До недавнего времени они были единственными на постсоветском пространстве, кто занимается репродуктивной биологией диатомовых водорослей. Их коллеги работают на Дальнем Востоке по методикам лаборатории.
Старший научный сотрудник, кандидат биологических наук Давидович Ольга Ивановна, рассказывает нам об особенностях диатомовых водорослей. Сама она работает в лаборатории с 1988 года, изначально под началом Рощина Алексея Михайловича. Они и создали это направление, так как ранее этим никто не занимался.
Чем так важны и интересны диатомовые водоросли? Не было бы жизни, если бы не было диатомовых! За каждый четвёртый вдох воздуха мы должны говорить спасибо им! Дело в том, что диатомы обитают везде, где только можно, где есть влага: все моря, весь мировой океан, пресноводные и даже в почве. Они интересны тем, что с биотехнологической точки зрения содержат жиры и углеводы. Это один из источников биодизеля, который уже давно изучают, но на сегодняшний день это направление является дорогостоящим. Пока у нас есть нефть и природные ресурсы, это не столь актуально. Но в скором времени этому будет уделяться большое внимание, и рано или поздно человек обратится к этому источнику энергии.
Прежде чем заниматься и добывать этот биодизель, мы должны знать их жизненный цикл: как живут, в каких условиях, как лучше их содержать и, вообще, как они существуют. Этим направлением и занимается лаборатория на Карадаге.
Дело в том, что диатомовые помимо вегетативного способа размножаются половым путём; они обладают разнообразной формой, красивые и очень изящные.
Почему диатом? Это означает «деление на двое». Они состоят из двух створок: эпитеки и гипотеки. При вегетативном делении они делятся пополам, и у них достраивается наименьшая форма. Так в течение жизни они делятся, делятся, и если будет только вегетативное деление — прямой жизненный цикл, в конечном итоге они измельчают и погибнут. А чтобы восстановить свои максимально видоспецифические размеры, им как раз и необходимо половое воспроизведение. Они должны встретить своего партнёра. Схоже как у людей: изначально мы рождаемся мальчиками или девочками. Диатомы не несут женские или мужские половые органы по признаку, их просто называют «красные или синие». Чтобы стать половозрелыми, людям нужно вырасти. А диатомам нужно измельчать до определённого размера, стать примерно на 50% меньше от того, какими они были изначально. Они мельчают, делятся и потом встречают полового партнёра.
Когда они встречают партнёра, содержимое клетки сжимается, образуются, как правило, гаметы (специализированные половые клетки). У некоторых по две гаметы, у некоторых — по одной, разной формы. И лаборатория как раз занимается изучением того, как это образуется, как происходит деление, как происходит слияние, их дальнейшее расширение до максимальных точек и полового воспроизведения, то есть весь жизненный цикл диотомовых водорослей.
В лаборатории собрана одна из самых больших коллекций живых культур в России, живых культур со всего мирового океана. Пробы собраны из более чем 40 популяций различных морей Атлантического, Индийского, Тихого и Северного ледовитого океанов и более чем 25 популяций Евразийского континента. И помимо того, что они изучают тонкость этого полового воспроизведения, им также интересно методами репродуктивной биологии доказать, что это один вид. Они выделяют склоновые культуры, которые являются потомками одной клетки, и потом начинают их скрещивать. С помощью методов репродуктивной биологии они доказали, что это один вид, а методом молекулярной биологии и генетики они подтвердили их распространение.
А есть ещё виды водорослей, эндемики, которые могут обитать только в нашем Чёрном море. Французы очень долго хвастались, что только у них есть интересный вид водоросли — Хаслея остриария. Ольга Ивановна показывает нам водоросль голубоватого оттенка. Она интересна тем, что на концах содержит вещество мареннин. А почему для французов это важно было? Потому что они любители устриц. Если на плантациях поселялась Хаслея остриария, то устрицы всасывали этот пигмент, приобретали зеленоватый оттенок, вкусовые качества у них улучшались, а цена увеличивалась в полтора-два раза. Но они не могли описать их жизненный цикл, половое воспроизведение и так далее, и обратились в карадагскую лабораторию, прислали свои клоны, и здесь буквально сразу получилось скрестить.
И тогда вспомнили, что российский учёный Константин Мережковский ещё в XIX веке описывал, что у нас в Чёрном море тоже есть такая водоросль с синими концами. Учёные лаборатории добыли местную водоросль и начали скрещивать, пришли к выводу: между собой черноморские скрещиваются, атлантические между собой скрещиваются, а межпопуляционные, то есть атлантические и черноморские, не скрещиваются. Значит, по теории вида, это разные виды. То же подтвердили молекулярные методы.
Изучая мареннин далее, выяснили, что черноморские содержат немного другое вещество, подобное мареннину. И эту водоросль, так как она была взята у подножья Карадага, назвали Хаслея карадагская (Haslea karadagensis).
Далее работа происходила на международном уровне, в которой принимали участие около 26 университетов мира. Вместе со студентами они собирали пробы в разных местах мира, описали несколько видов хаслей, выделив самую большую хаслею с Гран-Канарии с большим содержанием яркого мареннина (сейчас ею занимаются), а также Хаслею провинциалис изумрудного цвета из Средиземного моря и совершенно другим по составу мареннином.
Сотрудники лаборатории принимают участие в выполнении грантов Российского фонда фундаментальных исследований, последовательно выполняют 5-летние темы НИР (научно-исследовательских работ), вносят вклад в общемировую литературу по данной теме порядка (около 4 % от общего объёма).
Работа продолжается, сейчас лаборатория изучает всякие спектры, генетический материал. Важно также знать, что помимо полезных свойств, некоторые виды диатомовых накапливают в себе домоевую кислоту (также известную под названием «кислота зомби»). Чем она опасна? Если попадает в организм человека, съевшего рыбу или моллюсков, то может привести к летальному исходу или потери памяти, как это случилось в 80-х годах Канаде. Тогда канадцы обратились в их лабораторию, заведующий лабораторией, доктор биологических наук Николай Александрович Давидович ездил к ним, стали изучать их жизненный цикл, определили, что в рыбе находились диатомовые водоросли и она накапливала в себе эту домоевую кислоту. Сейчас ведётся мониторинг, японцы давно ведут мониторинг, выяснилось, что помимо диатомовых водорослей, ещё есть динофлагелляты (динофитовые водоросли), которые тоже накапливают эту кислоту.
Также лаборатория занимается пресноводными, сотрудничает с коллегами из Иркутска, недавно принимала участие в интереснейшей конференции на Байкале. Они впервые описали движение гамет (половых клеток), которое ранее не было известно науке, включая движение гамет, присущих и другим диатомовым.
Лаборатория располагает 7 микроскопами исследовательского уровня и несколькими микроскопами для выполнения рутинных работ. Современные результаты достигаются также благодаря инвертированным микроскопам, цифровой фотографии. Имеется необходимое оборудование для приготовления и стерилизации сред, в том числе искусственной морской воды. На базе лаборатории проходят практику и стажировку студенты и аспиранты ВУЗов РФ, СНГ, других стран.
Самый главный запрос лаборатории состоит в привлечение молодёжи к работе. На базе лаборатории возможно написание дипломных, научных работ. Кроме того, необходимо передавать опыт и знания новым поколениям! Это одна из целей экспедиции, организованной Молодёжным клубом РГО «Крым» — распространять информацию о ведущих научных разработках на Карадагской научной станции имени Т.И.Вяземского, ведущей свою непрерывную деятельность с 1914 года!
Фото и составление: Вера Ужва
По теме:
105 лет Карадагской биостанции в Крыму