Российские ученые объяснили причины процветания одноклеточных водорослей-динофлагеллят в прибрежных водах морей

Новости

  • Результаты изучения потенциально токсичных динофлагеллят Prorocentrum minimum

Ученые из Института цитологии РАН и Зоологического института РАН выяснили, почему новые акватории особенно успешно заселяются потенциально токсичными одноклеточными водорослями, передвигающимися с помощью жгутиков - жгутиконосцами-динофлагеллятами.

Эти простейшие организмы формируют обширные зоны «цветения воды» – так называемые красные приливы, которые губительно воздействуют на качество прибрежных вод, флору и фауну водоемов, рыболовство и здоровье человека.

Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ), результаты работы опубликованы в журнале Estuarine, Coastal and Shelf Science.

Потенциально токсичный вид динофлагеллят Prorocentrum minimum (который сам не синтезирует токсины, но продукты его жизнедеятельности могут быть токсичными) заселил Балтийское море и вытеснил из состава доминантов те виды, которые там жили до него. Он хорошо адаптировался к новым условиям и через некоторое время стал образовывать в прибрежных зонах массовые скопления, которые вредят рыбному хозяйству и ухудшают рекреационные качества водоема. Людям не просто неприятно купаться в цветущей воде, но и опасно: токсины, накопившиеся в воде в результате цветения динофлагеллят, негативно воздействуют на организм человека.

Ученые использовали мультидисциплинарный подход и большой арсенал современных методов клеточной и молекулярной биологии, биохимии, биоинформатики и водной экологии, что позволило на молекулярном уровне выяснить, почему этот вид вытеснил другие и почему он так успешно здесь развивается.

«Оказалось, что динофлагелляты Prorocentrum minimum – миксотрофы, то есть они могут питаться как неорганическими соединениями (азотом, который растворен в воде), так и органическими (мочевина – популярное удобрение у дачников). Если в воде недостаточно неорганических соединений, то этот вид переключается на мочевину. Поэтому нет таких условий, в которых ему было бы не комфортно», – сообщил первый автор статьи, руководитель проекта РНФ, доктор биологических наук Сергей Скарлато.

Кроме того, в экспериментах ученые подвергли Prorocentrum minimum воздействию различной солености, и оказалось, что даже в условиях критической солености 8‰ (промилле), которая губительна для более крупных многоклеточных организмов, смертность одноклеточных крайне низкая. Даже сильный соленостный стресс вызывал лишь незначительные изменения клеточного цикла; изменения структуры хромосом у жгутиконосцев при этом были очевидны, но они оказывались обратимыми.

Ученые также обнаружили, что при соленостном стрессе синтез РНК и ДНК в клетках повышается. Это, в свою очередь, ускоряет обмен веществ и энергии в клетках простейших. Исследователи считают, что повышенный синтез ДНК и РНК в ответ на соленостный стресс - одна из важнейших адаптаций одноклеточных организмов к неблагоприятным условиям среды.

Это очень значимый результат, так как известно, что соленость Балтийского моря в среднем составляет 7‰, однако в прибрежных районах она может часто и сильно меняться из-за поверхностного стока с суши. Кроме того, загрязнения этих участков человеком также приводят к изменению качества и ионного состава воды, губительному для многих других живых организмов.

«Мы выяснили, что Prorocentrum minimum используют мощные и эффективные адаптивные стратегии на клеточном и молекулярном уровне. Благодаря этому они могут существовать и даже процветать в прибрежных регионах, подверженных загрязнению азотсодержащими веществами (мочевиной), где другие организмы плохо себя чувствуют и даже погибают. Мы показали, что мочевина как источник органического азота для этих жгутиконосцев важнее их обычного источника пищи -неорганического азота в виде растворенных в воде нитратов», - уточняет Ирина Телеш, доктор биологических наук, соавтор статьи.

Таким образом, исследователи установили, что ускорение обмена веществ и энергии в клетках простейших (адаптивная реакция на стресс) позволяет им успешно заселять новые прибрежные акватории и процветать в нестабильных условиях, где соленость и качество воды могут меняться сильно и непредсказуемо.

«Наш проект начат в 2016 году и рассчитан на три года. Используя полученные в рамках проекта новые данные, мы хотим предложить модель, которая сможет предсказать, когда и при каких условиях эти потенциально токсичные организмы будут размножаться особенно интенсивно. Тогда мы сможем предвидеть этот процесс и найдем способ регулировать его в будущем», – отметил Сергей Скарлато.

Дата публикации: 10.08.2017 12:49
Дата последнего изменения: 10.08.2017 12:49