Как концентрация соли влияет на жизнедеятельность микроскопических организмов
Фото: kommersant.ru
Новое исследование раскрыло удивительные адаптационные способности диатомовых водорослей Nitzschia. При росте солености среды ученые зафиксировали изменения в работе фотосинтетических механизмов и формировании защитных клеточных структур. Для детального анализа исследователи применили инновационные оптические технологии, позволяющие изучать микромир с непревзойденной точностью. Особый интерес представляют кремниевые панцири этих организмов, которые активно используются при создании экологичных фильтров для воды, производстве напитков и разработке безопасных пищевых добавок.
Диатомеи играют ключевую роль в поддержании баланса водных экосистем. Эти удивительные создания не только поглощают значительную долю углекислого газа, но и служат основой для морских пищевых цепочек. Их способность синтезировать сложные кремнийорганические соединения открывает уникальные возможности для современных технологий. Архитектура их панцирей вдохновляет ученых на создание сверхпрочных наноматериалов и микроскопических датчиков нового поколения.
Прорывное исследование специалистов Сколковского института науки и технологий пролило свет на механизмы адаптации водорослей к разным условиям среды. Эксперименты с Nitzschia охватили экстремальный диапазон солености — от почти пресной воды (10 промилле) до растворов, насыщенных минералами (150 промилле). Для сравнения: в легендарном Красном море этот показатель составляет чуть более 40 промилле. Такие условия позволили изучить пределы выносливости организмов и их стратегии выживания.
В работе впервые применен комплекс передовых методов визуализации: лазерное сканирование с высоким разрешением, флуоресцентный анализ в реальном времени и фотоакустическое картирование. Эти технологии позволили рассмотреть тончайшие детали клеточных структур и динамику биохимических процессов. Полученные данные открывают перспективы для развития биотехнологий и создания новых экологичных материалов.
Интерес к исследованиям подкреплен практическими достижениями: панцири древних диатомей, известные как диатомит, уже сегодня служат природным фильтром в системах очистки воды. При поддержке Российского научного фонда ученые продолжают раскрывать потенциал этих удивительных микроорганизмов для решения актуальных задач науки и промышленности.
Инновационные исследования с применением лазерной сканирующей микроскопии подарили удивительные открытия! Ученые обнаружили, что в ответ на стрессовые условия — экстремально низкую или высокую соленость воды — клетки водорослей вырабатывают уникальный защитный механизм. В таких ситуациях внутри клеток формируются крупные липидные капли, которые становятся настоящими «энергетическими сокровищницами». Они запасают углерод, жирные кислоты и энергию, а при повышенной солености дополнительно защищают мембрану от дисбаланса давления. Например, при солености 40 промилле размер капель составляет 1 микрометр, а в условиях 10 или 150 промилле — увеличивается до впечатляющих 2,3 микрометра! Любопытно, что и формирование кремнеземного панциря адаптируется к изменениям среды, достигая максимальных аномалий при 60 промилле — настоящий пример природной изобретательности!
Благодаря сочетанию флуоресцентной времяразрешенной микроскопии и метода быстрой индукции флуоресценции, ученым удалось раскрыть секреты энергетического обмена водорослей. Зеленый пигмент хлорофилл, ответственный за фотосинтез, показал удивительную чувствительность к уровню солености. При 80 промилле процессы переноса энергии и электронов замедлялись, но вместо этого водоросли демонстрировали яркую флуоресценцию и теплоотдачу — словно превращали стресс в сияющее шоу! Эти данные подчеркивают, как живая природа умеет находить баланс даже в непростых условиях.
Ученые Саратовского национального исследовательского университета сделали еще один шаг к разгадке талантов водорослей! Оказывается, при повышении солености их пигменты не только активнее поглощают свет, но и преобразуют его энергию в ультразвуковые колебания. Этот феномен напрямую связан с ростом концентрации хлорофилла — словно природа встроила в водоросли миниатюрные «энергетические станции», способные работать даже в соленой воде.
Очередное открытие принесла просвечивающая электронная микроскопия: полисахаридный слой — ключевой защитный элемент между панцирем и мембраной — демонстрирует удивительную гибкость! При 20 промилле этот слой почти незаметен, при 40 промилле превращается в элегантную тонкую прослойку, а при 60 промилле достигает максимальной толщины. Эта динамичная структура не только оберегает клетку, но и участвует в создании прочного панциря — настоящий пример многофункциональности в мире микробиологии!
Итог исследований впечатляет: диатомовые водоросли сохраняют стабильный рост в широком диапазоне солености. Эта уникальная адаптация открывает им двери в самые разные водоемы — от пресных озер до солоноватых лагун. Такая жизнестойкость вдохновляет на новые открытия и напоминает, как удивительно устроена жизнь даже на микроскопическом уровне!
«Изучение влияния солёности воды на развитие диатомовых водорослей открывает новые горизонты для создания идеальных условий их роста в биореакторах. Это особенно важно для производства биогенного нано- и микрокремнезёма, биологически активных соединений, а также экологичного биотоплива. Ещё одно удивительное свойство этих микроорганизмов — способность служить природными индикаторами солёности. Такой биоиндикатор станет надёжным инструментом мониторинга климатических изменений и их влияния на морские экосистемы», — делится вдохновляющими перспективами руководитель проекта, профессор Сколковского института науки и технологий Дмитрий Горин, доктор химических наук, ведущий исследователь Центра фотоники и фотонных технологий. Проект реализован при поддержке гранта Российского научного фонда.
В масштабной работе объединили усилия учёные Лимнологического института СО РАН (Иркутск), Карадагской научной станции им. Т.И. Вяземского (Феодосия) и МГУ им. М.В. Ломоносова. Междисциплинарный подход и коллаборация специалистов из разных регионов подчёркивают значимость исследования для науки и практического применения.
Материал подготовлен при содействии Российского научного фонда
