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 некомфортно", – 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, – уточняет Ирина Телеш, доктор биологических наук, соавтор статьи,. – Мы показали, что мочевина как источник органического азота для этих жгутиконосцев важнее их обычного источника пищи – неорганического азота в виде растворенных в воде нитратов".
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.
