Одноклеточные водоросли осуществляют круговорот и поток энергии в биосфере. Они возникли несколько миллиардов лет назад и населяют все возможные местообитания на нашей планете. Фитопланктон Мирового океана, продуцирующий огромное количество органического вещества, представлен 4500 видами, преимущественно диатомовыми (представителями кремниевой жизни) и динофлагеллятами. Жесткая оболочка диатомовых построена из прозрачного, как правило, симметричного кремнеземного панциря. Панцирь состоит из аморфного кремнезема, напоминающего по составу опал (SiO2 х Н2O, плотность 2,07) с примесью металлов (алюминия, железа, магния) и органического компонента, возможно, белка. Толщина стенок панциря зависит от концентрации кремния в среде и изменяется в значительных пределах: от сотых и десятых долей микрометра до 1-3 мкм. Уникальность биологии, строения и свойств этих организмов делают их идеальными объектами изучения в рамках концепции нанобиотехнологии.

Виды рода Pseudo-nitzschia Н. Perag. in Perag. - морские планктонные диатомовые водоросли, широко распространенные в неритических и океанических водах всех биогеографических зон (Hasle et al., 1996). Представители рода привлекают внимание исследователей как продуценты нейротоксичной домоевой кислоты (Bates, Trainer, 2006). Эта кислота, накапливаясь в тканях моллюсков-фильтраторов, передается по пищевой цепи и может вызвать отравление людей, морских млекопитающих и птиц. Такое отравление получило название Amnesic Shellfish Poisoning (ASP) амнезическое отравление моллюсками или Domoic Acid Poisoning (DAP) - отравление домоевой кислотой. Симптомы отравления у человека включают желудочно-кишечные расстройства, тошноту, рвоту, желудочные колики и кровотечения, а также расстройства нервной системы различной степени тяжести.

Цель настоящей работы - исследовать наноструктурную организацию природных биоминералов на примере изучения ультраструктуры кремнеземных скелетов диатомовых водорослей рода Pseudo-nitzschia. В задачу настоящего исследования входило изучить ультраструктуру панцирей трех массовых видов диатомей рода Pseudo-nitzschia из залива Петра Великого Японского моря и выполнить сравнение морфометрических характеристик клеток из природных проб и из трех клоновых культур, что позволит оценить спектр морфологической изменчивости как в природе, так и в условиях лабораторных культур, и выявить наиболее изменчивые таксономические признаки видов.

Материалом для работы послужили природные пробы и клоновые культуры трех массовых видов рода Pseudo-nitzschia: Р. calliantha (клон PPD-02), Р. multistriata (клон PMS-04) и Р. multiseries (клон РМ-02), выделенные из залива Петра Великого Японского моря. Клоновые культуры выращивали на среде “f72” (Guillard and Ryther 1962) при температуре 20°С. Освещение (100 мк моль/ м2 С) осуществляли флюоресцентными лампами со световым периодом 10 ч свет: 14 ч темнота. На основе метода лабораторного культивирования и методов электронной микроскопии было проведено сравнительное изучение основных морфометрических характеристик панциря (длина, ширина, плотность фибул и штрихов, количество пороидов створки, плотность штрихов пояска) у клеток из природных проб и из клоновых культур. Морфометрические измерения проводили для 15 экземпляров каждого вида как из природной среды, так и из культуры. Статистический анализ данных (Student’s t-tests) был выполнен с использованием программы STATISTICA Version 5.0 for Windows (StatSoft, Tulsa, USA).

Существенных морфологических различий между экземплярами из природной среды и из клоновых культур не выявлено. Однако установлено, что количество штрихов пояска у клеток Р. calliantha из природной среды было выше, чем у экземпляров из клоновой культуры (t-test, р = 0.0001), что указывает на высокую изменчивость этого признака у данного вида.

С целью изучения внутривидовой изменчивости и для проверки гипотезы о существовании “скрытых” видов внутри вида Р. multiseries, было проведено сравнительное изучение ультраструктуры панциря у клеток российского клона РМ-02 и клона CLN-50, изолированного из прибрежных вод Канады. Анализ количественных морфометрических характеристик клонов выявил отсутствие статистически значимых различий между ними (t-test, р > 0.1). Установлено, что морфология клеток из клонов РМ-02 и CLN-50, несмотря на небольшие отличия в строении штрихов пояска, соответствует классическому описанию этого вида, а изученные клетки относятся к одному виду - Р. multiseries (Orlova et al, 2008). На основании полученных морфологических данных было показано, что популяция Р. multiseries, распространенная в Северной Пацифике, однородна и представлена единой популяцией, обитающей у берегов России и Канады.

Работа выполнена при финансовой поддержке грантов ДВО РАН (№ .09-1I1-A-06-213, 09-I-II23-12, 09-1-П-23-01, 09-1-П-15-03, РФФИ-ДВО 09-04-98570) и ФЦП “Мировой океан” № 01.420.1.2.0003, 2008- 2012.


Литература

1. Bates, S. S. and V. L. Trainer. 2006. The ecology of harmful diatoms. In: (E. Graneli and J. Turner, eds) Ecology of harmful algae. Springer- Verlag, Heidelberg, pp. 81-93.

2. Guillard, R. R. L. and J. H. Ryther. 1962. Studies of marine planktonic diatoms. I. Cyclotella nana Hustedt and Detonula confervaceae (Cleve) Gran. Can. J. Microbiol. 8: 229-239.

3. Hasle, G. R., С. B. Lange and E. E. Syvertsen. 1996. A review of Pseudo-nitzschia, with special reference to the Skagerrak, North Atlantic, and adjacent waters. Helgol. Meeresunters 50: 131-175.

4. Orlova T. Yu., Stonik 1. V., AizdaicherN. A., Bates S. S., Leger C, Fehling J. Toxicity, morphology and distribution of Pseudo-nitzschia callian- tha, P. multiseries and P. multistriata (Bacillariophyta) from the northwestern Sea of Japan // Botanica Marina, 2008. Vol. 51, № 4. P. 297-306.