Мировые запасы морской капусты и других водорослей в перспективе могут оказаться под угрозой, если ученым не удастся остановить процессы, вызывающие их массовую гибель. Международная группа исследователей выяснила, почему по всему миру стремительно погибают цианобактерии и другие представители фитопланктона, играющие ключевую роль в жизни океанов и морей.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале Science, передает naked-science.ru.
Тревожная тенденция гибели водорослей
Когда поверхность озер, рек или морей окрашивается в зеленый или бурый цвет, специалисты говорят о цветении воды. На самом деле это бурный рост фитопланктона – микроскопических организмов, способных к фотосинтезу. В эту группу входят водоросли, динофлагелляты и цианобактерии, которые часто называют сине-зелеными водорослями.
Именно фитопланктон производит около половины всего кислорода на планете, хотя составляет лишь около одного процента всей растительной биомассы Земли. Цветение можно увидеть даже из космоса, однако опасность представляет не сам процесс, а его последствия.
После массового отмирания водорослей начинается активное размножение бактерий, разлагающих органические остатки. Для этого они потребляют огромное количество кислорода, из-за чего водоемы буквально начинают задыхаться. В результате гибнут рыбы, моллюски, насекомые и другие водные организмы.
Особую угрозу представляют цианобактерии. При жизни они способны выделять токсичные вещества, а их одновременная массовая гибель лишь усугубляет экологическую ситуацию.
Ученые нашли главного виновника
Исследование китайских микробиологов было посвящено цветению цианобактерий рода Microcystis в озере Дяньчи. Наблюдения показали, что решающую роль играет вовсе не нехватка питательных веществ, а, наоборот, избыток железа внутри клеток.
По словам специалистов, сначала в клетках накапливается слишком большое количество железа. Затем развивается сильный окислительный стресс, при котором образуются свободные радикалы. Эти крайне активные молекулы начинают разрушать липиды клеточных мембран.
Запускается цепная реакция перекисного окисления: поврежденные липиды превращаются в новые радикалы, мембраны теряют целостность, в них появляются поры, после чего клетки погибают.
Ученые отмечают, что этот механизм очень похож на ферроптоз – особую форму клеточной смерти, известную у животных и растений и напрямую связанную с воздействием железа.
Эксперимент подтвердил гипотезу
Чтобы убедиться в правильности выводов, исследователи не ограничились наблюдениями в природе. В лаборатории они искусственно создали условия окислительного стресса: измеряли содержание железа, контролировали образование свободных радикалов и блокировали другие механизмы клеточной гибели.
Все эксперименты подтвердили первоначальную гипотезу: именно избыток железа становится спусковым механизмом разрушения клеток и массового отмирания колоний водорослей.
Кроме того, авторы работы обнаружили так называемый «эффект свидетеля». Оказалось, что клетки, расположенные рядом с уже погибающими, также начинают разрушаться, даже если сами еще не подверглись воздействию. Именно поэтому гибель колоний происходит лавинообразно.
Почему открытие важно для будущего экологии
Ученые считают, что понимание точной последовательности процессов позволит разработать новые способы борьбы с опасным цветением водоемов. В перспективе они смогут определять момент, когда водоросли становятся наиболее уязвимыми, снижать доступность железа или подавлять окислительный стресс еще до начала массовой гибели.
Пока механизм подробно изучен только на цианобактериях рода Microcystis, однако следующей задачей станет проверка, действует ли он у других видов фитопланктона, а также в морской воде. Если выводы подтвердятся, это может стать важным шагом в сохранении морских экосистем, рыбных ресурсов и водорослей, используемых в пищевой промышленности, включая морскую капусту.
