Экология воскрешения: учёные вернули к жизни водоросли возрастом 7000 лет

Исследователи под началом германского Института исследований Балтийского моря имени Лейбница в Варнемюнде (IOW), смогла оживить водоросли, которые погрузились на дно Балтики почти 7000 лет назад. Несмотря на тысячи лет бездействия в отложениях без света и кислорода, изученные виды диатомовых (одноклеточных панцирных) водорослей восстановили полную жизнеспособность.


Многие организмы, от бактерий до млекопитающих, могут впадать в спячку, чтобы пережить неблагоприятные условия. Их метаболизм (обмен веществ) замедляется, и дольше оставаться в стадии особого состояния помогают внутренние запасы энергии. Это относится и к фитопланктону — микроскопически малым растениям (диатомеям), которые живут в воде и осуществляют фотосинтез. При этом они опускаются на дно, где со временем покрываются отложениями и остаются очень надолго в среде без кислорода.

Эксперт из IOW по фитопланктону Сара Болиус сказала, что такие отложения похожи на капсулу времени. В них хранится ценная информация о прошлых экосистемах и былых биологических сообществах, их развитии и генетических изменениях. Вот почему учёные с интересом анализировали образцы донных отложений Балтийского моря в поиске жизнеспособного фитопланктона из далёкого прошлого.


— Болиус.

Оказалось, что стадии наступления покоя можно чётко соотнести с определёнными периодами истории моря благодаря чёткой стратификации (делению на слои) донных отложений. Идея была в том, чтобы возвратить к жизни диатомеи из определённых слоёв, а затем изучить их с точки зрения генетики, физиологии и сопоставить с современными популяциями фитопланктона. Анализируя прочие компоненты отложений, так называемые косвенные признаки, можно было делать выводы о былых условиях среды: степени солёности, содержании кислорода и температурах.

Объединив всю эту информацию, исследователи стремились понять, как и почему фитопланктон Балтийского моря генетически и функционально адаптировался к изменениям окружающей среды, объяснила Болиус.

Специалисты изучили пробы донных отложений, взятые на глубине 240 м во время экспедиции на научно-исследовательском судне «Элизабет Манн Боргезе».

В благоприятных условиях, при достатке питательных веществ и освещения, жизнеспособные водоросли удалось пробудить от спячки из девяти образцов отложений. А затем были выделены отдельные штаммы, то есть совокупности одного вида и возраста. Образцы брали из разных слоёв отложений, которые представляют временной промежуток около 7000 лет, иллюстрируя основные климатические фазы Балтики на протяжении многих веков.

Диатомовые водоросли Skeletonema marinoi оказались единственным видом фитопланктона, который удалось возродить во всех образцах. Они очень распространены в Балтийском море и обычно встречаются во время весеннего цветения вод. Самый старый образец с жизнеспособными клетками этого вида учёные датировали возрастом в 6871 ± 140 лет, то есть с допустимой погрешностью примерно в полтора века.



Болиус подчеркнула, что воскрешённые водоросли не только выжили, но и не утратили своей биологической жизнеспособности.


— Болиус.

Клетки из слоя возрастом около 7000 лет также оказались стабильными: росли со средней скоростью около 0,31 деления клетки в день — значение, аналогичное темпам роста современных штаммов вида Skeletonema marinoi.

Измерение эффективности фотосинтеза также показало, что даже самые старые изоляты водорослей, то есть проведшие очень долго в отложениях, всё ещё могут активно вырабатывать кислород.


— Болиус.

Исследователи также проанализировали генетические профили воскрешённых водорослей с помощью микросателлитного анализа. Этот метод позволяет сравнивать определённые короткие сегменты ДНК. Результат удивил: образцы из слоёв осадочных пород разного возраста сформировали отдельные генетические группы.

Во-первых, это исключало угрозу перепутать при выращивании штаммы из слоёв осадочных пород разного возраста. Во-вторых, это доказывало, что последовательные популяции S. marinoi в Балтийском море генетически менялись на протяжении тысячелетий.

Факты выживания после очень длительной спячки известны также в отношении семян растений или мелких ракообразных. Некоторые из них оставались жизнеспособными в течение нескольких столетий и даже тысячелетий. Такие организмы способны повторно заселять среду обитания, как только она становится более благоприятной.

Однако успешное возрождение из состояния покоя после столь длительного времени, как в случае с S. marinoi, встречается редко. Крошечные клетки этой диатомовой водоросли возрастом около 7000 лет теперь можно считать одними из самых древних возродившихся организмов.

Исследование также показало, что можно напрямую отслеживать генетику на протяжении многих тысячелетий, анализируя живые клетки, а не только окаменелости или следы ДНК. Ожидается, что дальнейший генетический анализ воскрешённых штаммов водорослей поможет лучше понять причины этих генетических изменений.