Тайны диатомовых водорослей: что происходит, когда вода становится соленой

Ученые выяснили, что когда вода становится более соленой, у морских водорослей Nitzschia ухудшается работа фотосинтетического аппарата и нарушается формирование их защитного панциря.

Эти изменения удалось увидеть с помощью современных методов, которые позволяют детально изучать состояние водорослей. Диатомовые водоросли ценны своими кремниевыми панцирями, которые используют в пищевой промышленности, очистке воды и производстве напитков. Диатомит, который образуется из их панцирей, применяют как природный фильтр.

Исследование поддержал Российский научный фонд, а результаты опубликовали в журнале Scientific Reports.

Диатомовые водоросли — важная часть водных экосистем. Они поглощают около 20% углекислого газа в мире, являются основой пищевых цепочек и накапливают кремний, из которого строят свои панцири. Эти панцири очень прочные и могут служить моделью для создания наноматериалов и сенсоров.

Ученые из Сколтеха и других российских университетов изучили, как соленость воды влияет на водоросли Nitzschia. Эти водоросли живут в разных водоемах — от пресных до очень соленых. Исследователи проверили, как они адаптируются к солености от 10 до 150 промилле (для сравнения: соленость Красного моря — 41 промилле). Это помогло смоделировать стрессовые условия для водорослей.

Ученые впервые использовали несколько современных методов:

• Лазерную сканирующую микроскопию.
• Флуоресцентную микроскопию.
• Фотоакустическую визуализацию.
• Просвечивающую электронную микроскопию.

Эти методы позволили увидеть, как меняются клетки водорослей при разной солености. Например, при стрессе в клетках накапливаются крупные капли липидов, которые помогают сохранить энергию и защитить мембрану. При солености 40 промилле размер капель был около 1 микрона, а при 10 или 150 промилле — до 2,3 микрона. Также нарушалось формирование кремниевого панциря, особенно при 60 промилле.

Ученые также выяснили, что при повышении солености водоросли хуже преобразуют свет в энергию. При 80 промилле энергия терялась в виде света и тепла. Кроме того, пигменты водорослей активнее поглощали свет и превращали его в ультразвук.

Исследователи заметили, что у водорослей меняется защитный слой между панцирем и мембраной. При 20 промилле он почти не виден, при 40 промилле становится тонким, а при 60 промилле достигает максимальной толщины.

В целом водоросли росли с одинаковой скоростью при разной солености, что позволяет им выживать в разных условиях.

Понимание влияния солености на водоросли поможет создать оптимальные условия для их роста в биореакторах. Это важно для производства кремния, биологически активных веществ и биотоплива. Также водоросли могут служить индикаторами изменения солености, что поможет отслеживать влияние климата на морские экосистемы, — говорит руководитель проекта Дмитрий Горин, профессор Сколтеха.

В исследовании участвовали ученые из Иркутска, Феодосии и Москвы.

Ранее ученые обнаружили на Камчатке теплолюбивые водоросли, которые выживают почти при температуре кипения воды.

Иллюстрация: изображения диатомовых водорослей при разной солености, полученные с помощью флуоресцентной время-разрешенной микроскопии. Источник: Дмитрий Горин.

18.02.2025