28.11.2012

Диатомеи – ровесники динозавров

В Иркутской области вышел очередной, уже 4-й номер журнала "Наука в Приангарье". На страницах журнала Елена Лихошвай, заведующая отделом ультраструктуры клетки Лимнологического института СО РАН, рассказала о знакомом и неизвестном мире диатомовых водорослей.

Открытие микромира принадлежит Антони ван Левенгуку. Один из объектов, который он увидел в микроскоп и изобразил в 1702 году на рисунке в виде палочки, была диатомовая водоросль.

Почему же она попалась исследователю? Счастливая случайность? Нет, не случайность. Диатомовые водоросли распространены повсюду, во всех освещенных водных или увлажненных местах, и «наткнуться» на них совсем не трудно. Буроватые обрастания камней, высших водных растений, нижней поверхности льда, грунта вокруг горячих источников – это диатомеи. За свое обилие диатомеи получили эпитет – «трава морей», на их долю приходится 20% первичной продукции Земли, что сопоставимо со вкладом всех наземных растений. Чистые пресные воды, например, озеро Байкал, - тоже любимое место обитания диатомей. Очевидно, что в разных эпитопах обитают разные виды диатомовых водорослей. Помимо сезонных изменений развития диатомей, может иметь место смена их видового состава в связи с изменениями условий обитания.

Панцирь диатомей состоит из биогенного кремнезема и имеет видоспецифическую структуру. Эти два факта вместе с чувствительностью диатомей к изменениям условий окружающей среды придали этим организмам статус основы в реконструкциях изменений палеоводоемов и климатов прошлого. Изменение уровня, опресненность или засоление, изменение трофности и температуры палеоводоемов отражалось на видовом составе диатомей, захороненные остатки которых доступны современным исследователям. Достаточно отобрать в глубоководной центральной части озера трубкой 10-30 см ила, и по изменению концентрации панцирей диатомей и по смене их видового состава можно восстановить историю водоема и окружающей среды за последние несколько тысяч лет. Более древние слои добываются ударными трубками и бурением, которые открывают историю в сотни тысяч и несколько миллионов лет.

Диатомовые водоросли произошли около 240 млн лет назад (примерно вместе с динозаврами). Их происхождение и ранняя эволюция связаны с несколькими событиями эндосимбиоза и горизонтального переноса генов. Это не животные и не растения, хотя в геноме диатомей есть гены тех и других, наряду с бактериальными генами и генами хламидий, как выяснилось совсем недавно. Начиная с 2004 года, когда был опубликован первый полный геном морской диатомеи Thalassiosira pseudonana, последовала серия работ по сравнительно-геномному и филогенетическому анализу диатомовых водорослей, открывшая основные события их эволюции.

Ключевым событием ранней эволюции диатомей было создание генетической системы для усвоения кремниевой кислоты из окружающей среды и использование ее для построения прочных наружных панцирей. Панцири всех диатомей имеют по две створки (поэтому называются «разделенные надвое»), испещренные различными отверстиями и ребрами, расположенными таким образом, чтобы обеспечить оптимальное сочетание легкости и прочности. Каждый вид имеет определенный узор этих суб-микронных структур, что позволяет предполагать их адаптивную функцию. Синтез элементов панциря происходит внутри клетки, в специальных органеллах – везикулах - отложения кремнезема под генетическим контролем и с участием цитоскелета, но каким образом это происходит – остается загадкой, разгадав которую человек обретет возможность синтезировать заданные по своему усмотрению микро- и наноструктуры определенного дизайна - используя только свет и слабоминерализованную среду диатомея за несколько дней создаст миллиард копий.

Источники:

1. nauka.baikal24.ru