Ученые описали разнообразие диатомовых водорослей в гиперсоленых водоемах

Ученые проанализировали видовое разнообразие диатомовых водорослей на трех пространственных масштабах: одно Херсонесское озеро, все гиперсоленые водоемы Крыма и мира в целом. Полученные данные расширяют знания о видовом разнообразии диатомей в гиперсоленых средах: в крымском озере Херсонесское обитает 51 вид диатомей, в десяти других гиперсоленых водоемах полуострова — 91 вид и в гиперсоленых водоемах планеты — 458. Помимо научной, эти результаты исследования имеют практическую значимость в биотехнологии, нанотехнологии и медицине. Работа опубликована в журнале Water.

Гиперсоленые среды — это водоемы с высокой соленостью. Они являются экстремальными для выживания большинства организмов. Как отмечают ученые, для решения глобальной проблемы нехватки пресной воды необходимо развивать аквакультуру в гиперсоленых водоемах, то есть разводить и выращивать там водные организмы.

Одни из немногочисленных представителей живых организмов, сумевших адаптироваться к таким условиям, — диатомовые водоросли, или диатомеи (лат. Bacillariophyta). Диатомеи — одноклеточные, и их клетки имеют панцирь, состоящий из двух половинок, которые плотно соединены друг с другом. Панцири диатомей состоят из кремнезема. По своим характеристикам он близок к промышленно добываемому пористому кремнезему, используемому в нанотехнологиях.

Кроме того, эти водоросли синтезируют уникальные соединения, которые влияют на экосистему водоема и представляют интерес для различных отраслей промышленности. В их числе — различные биологические активные вещества, среди которых антибиотики и токсины. Поэтому изучение их видового разнообразия в гиперсолевых водах ценно не только для развития науки, но и для новых открытий в биотехнологиях и фармацевтике.

Ученые из Института биологии южных морей им. А.О. Ковалевского РАН (Севастополь) исследовали видовое разнообразие Bacillariophyta в водоемах с высоким уровнем солености. Авторы в период с 2004 по 2018 год собрали образцы воды из разнообразных гиперсоленых водоемах Крыма, включая озеро Херсонесское. Они также обобщили литературные данные для других частей мира (Мексики, Испании, США, Австралии, Азия). После сбора материала биологи проанализировали видовой состав диатомей, используя современные методы молекулярной и морфологической идентификации.

Молекулярная идентификация основана на изучении генетической информации организмов: производится сбор образцов ДНК и определяется, к какому виду относится рассматриваемая последовательность генов. В свою очередь, морфологическая идентификация базируется на анализе внешних характеристик: сначала ученые определяют внешние сходства и различия между организмами, а затем классифицируют их.

Ученые отмечают, что количество видов, обнаруженных в водоемах, варьируется от одного в озере Киркояшское до 139 в Аральском море. Авторы также выяснили, что, чем выше соленость водоема, тем меньше видов диатомей там обитает. Эту зависимость они описали математически. В озере Херсонесское обитает 51 вид диатомей, в десяти других гиперсоленых озерах Крыма — 91 вид, а в масштабе всего мира удалось идентифицировать 458 видов Bacillariophyta, что составляет 2,7% от общего числа известных видов диатомей. Таким образом, гиперсоленая среда благоприятна для обитания многих видов диатомей, и при этом каждый такой водоем имеет свой уникальный состав видов.

«Исследование проводилось при поддержке гранта РНФ № 18-16-00001. Проектом, куда входили сотрудники четырех отделов института, руководила молодой ученый Елена Ануфриева, доктор биологических наук, руководитель лаборатории. Получены новые интересные данные, сделаны обобщения, которые открывают новые направления исследований как экологических, так и биотехнологических», — рассказывает один из авторов исследования Николай Шадрин, ведущий научный сотрудник лаборатории экстремальных экосистем Института биологии южных морей им. А.О. Ковалевского РАН.

Материал подготовлен при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».