«Красные» идут!

Результаты исследования содержания фикотоксинов в культурах микроводорослей, пробах морской воды и осадков, в тканях моллюсков и морских ежей из залива Петра Великого показали, что существует реальная угроза отравления биотоксинами. Использование в пищу морепродуктов может сопровождаться различными видами отравлений: диаретическим, паралитическим и амнезическим и другими. Поэтому необходимо контролировать появление и развитие вредоносных водорослей во всех местах выращивания и добычи гидробионтов. 

С начала 90-х годов Институтом биологии моря имени А.В. Жирмунского ДВО РАН были начаты постоянные наблюдения за развитием микроводорослей, вызывающих вредоносное цветение водорослей (ВЦВ) и вырабатывающих опасные для человека и животных токсины. В 2007 году на базе Института биологии моря был создан Центр мониторинга ВЦВ и биотоксичности прибрежных морских акваторий Дальнего Востока РФ. В настоящее время Центр является единственным научным подразделением на Дальнем Востоке РФ, способным ставить и решать вопросы по всему комплексу проблем, связанных с ВЦВ и биотоксичностью морских акваторий и морепродуктов. Мы беседуем с руководителем Центра – Татьяной Юрьевной ОРЛОВОЙ, кандидатом биологических наук, старшим научным сотрудником ИБМ ДВО РАН о том, что такое микроводоросли и как с ними «бороться». 

Татьяна Орлова демонстрирует коллекцию культур микроводорослей, продуцирующих фикотоксины. Справа Инна Стоник.

– Татьяна Юрьевна, наши читатели живут около моря, из него мы едим и «пьём», в нем мы купаемся и работаем, а поэтому должны знать, что же нам угрожает? 

– В прошлом году были проведены дополнительные обследования прибрежных вод города Владивосток и островов (Русский, Попова, Рейнеке, Рикорда), в результате которых мы пришли к выводу, что эпидемиологическая обстановка не вполне благоприятна, например, по так называемым липофильным токсинам, которые более известны как диаретические токсины. Измерения показали превышение ПДК в три-пять раз. То есть, морепродукты, изъятые в чистых водах, в том числе и на акватории  Дальневосточного морского биосферного заповедника ДВО РАН, оказались опасны для употребления их в пищу. Помимо общеизвестного вреда эти диарейные токсины – промоутеры онкологических заболеваний. Так что не исключена парадоксальная ситуация: придерживаясь здорового образа жизни, питаясь вкуснейшими и полезными морепродуктами, купаясь в чистых водах, можно в тоже время подвергать себя серьёзной опасности. 

– Контроль за содержанием токсичных микроводорослей входит в задачи Центра?

– Среди задач Центра – мониторинг потенциально опасных микроводорослей, вызывающих ВЦВ (вредоносное цветение микроводорослей), «красные приливы» и вырабатывающих опасные для человека и животных токсины. Выявление источников биотоксичности в морской воде, донных осадках и морских гидробионтах. Мониторинг покоящихся стадий микроводорослей, являющихся «семенным» материалом возникновения «красных приливов». Разработка современных методов исследования и прогнозирование ВЦВ. 

 "Красный прилив" в заливе Петра Великого.

Мы занимаемся фундаментальными исследованиями с целью выявления опасных видов микроводорослей – продуцентов различных ядов. В составе коллектива работают специалисты, признанные лидеры в области изучения микроводорослей, вырабатывающих паралитические, амнезийные и оватоксины. Это кандидаты биологических наук, старшие научные сотрудники Марина Сергеевна Селина и Инна Валентиновна Стоник, научные сотрудники Ольга Геннадьевна Шевченко и Татьяна Владимировна Морозова. Чрезвычайно важно точно идентифицировать вид – ведь это основа, фундамент всех последующих работ. Мы ищем новые векторы появления и распространения микроводорослей, производящих биотоксины. Проводя фундаментальные исследования биоты дальневосточных морей, описываем видовой состав, распределение, особенности экологии микроводорослей. Поскольку размеры большинства морских микроскопических водорослей, как правило, лежат в диапазоне 10-30 микрометров, для идентификации видов необходимо использовать электронные микроскопы. 

– В названии Центра звучит опасность. Не находите?

– Токсичность – это просто одна из характеристик микроводорослей. Если быть точнее, то нужно говорить о содержании в водорослях определенных химических соединений. Есть много примеров, когда одни и те же виды в разных местах обитания и на разных стадиях жизненного цикла могут содержать высокие концентрации токсичных веществ или быть совершенно свободными от них. Не всё так просто и однозначно. 

– Татьяна Юрьевна, раз уж вы так много знаете о микроводорослях, не пора ли применить все эти знания на практике и избавить, наконец, население от токсичной угрозы?

– Начну издалека. Лет 30 тому назад, на конкурсе молодых учёных, моя работа о красных приливах на Камчатке заняла одно из призовых мест, а на причитающуюся денежную премию я купила дочке долгожданный подарок. С тех пор за работы по этой тематике было получено немало премий и, согласно сформировавшейся традиции, дочка всегда разделяла мой успех. Сейчас она сама стала мамой, но, по-прежнему, интересуется, раскрыта ли полностью тема красных приливов? 

Это, конечно, шутка. А если говорить всерьёз, то нет уверенности, что мы изучили это явление и научились управлять ВЦВ, не опасаясь катастрофических экологических последствий. Безусловно, прогресс в изучении явления ВЦВ очевиден. Но человечество пока не обладает достаточными знаниями и навыками, чтобы управлять процессами, происходящими в экосистемах и это, прежде всего, относится к проблеме ВЦВ. Чем больше мы узнаём о природе этого явления, тем больше новых вопросов встаёт перед нами. Цветение водорослей оказывает воздействие на рыб, птиц, млекопитающих и другие организмы в морской пищевой цепи. Они меняют структуру и функции морских экосистем, при этом доля собственно токсичных водорослей может быть совершенно ничтожная – всего сотни клеток на литр. К тому же, в сравнении с сухопутными, морские экосистемы много сложнее и динамичнее, они требуют затраты значительных ресурсов и максимально осторожных стратегий управления. Но я полагаю, что подобно достижениям в борьбе с вредителями в сельском хозяйстве, успехи науки в сочетании с достаточным финансированием позволят разрешить в будущем многие проблемы.

– Вы занимаетесь новым научным направлением, а молодые исследователи в вашем коллективе есть?

– Конечно, коллектив постоянно обновляется, и это не просто увеличение числа сотрудников, занимающихся проблемой ВЦВ. В случае обнаружения нового потенциально опасного организма необходимо проведение комплексных исследований, которые включают генетические, цитологические, биохимические и другие исследования. Совсем недавно наша группа пополнилась молодыми талантливыми и очень перспективными сотрудниками. Это аспиранты Ксения Ефимова (генетик), Мирослава Крещеновская (цитолог) и студентка пятого курса ДВФУ Полина Попкова (биохимик) – тоже наш будущий аспирант. 

– Я заметил, что состав исследовательского коллектива Центра – женский. Почему?

– В России, действительно, исследованием микроводорослей преимущественно занимаются женщины. Работа кропотливая, требующая повышенного внимания и большой усидчивости. Считается, что эти черты в большей степени присущи исследователям – женщинам. Но в мировой практике ситуация иная, и на конференциях чаще встречаются учёные – мужчины, чем женщины. 

Слева направо: Марина Селина, Инна Стоник, Татьяна Морозова, Татьяна Орлова, Ольга Шевченко.

– Татьяна Юрьевна, зачем в Центре генетик и цитолог, разве вы – не ботаники?

– Точнее – мы флористы, поскольку мы изучаем флору (видовой состав) морских микроскопических водорослей. Но рамки специализации ограничивают наши возможности в стремлении разобраться: с чем мы имеем дело? Генетика помогает решить проблемы идентификации, установить родственные связи в случаях, когда морфологических признаков оказывается недостаточно. Большую помощь в этих исследованиях нам оказывают коллеги из нашего института, всемирно известные специалисты, доктора биологических наук Евгений Станиславович Балакирев и Владимир Алексеевич Брыков. Также мы работаем в тесном сотрудничестве с докторами биологических наук Игорем Юрьевичем Долматовым и Ниной Евгеньевной Ламаш. 

Поставить биологическую задачу мы можем сами, но для её решения необходимо привлечь учёных самых разных специальностей.

– Легко ли удается найти общий язык специалистам разных научных дисциплин?

– Хороший вопрос. Ведь даже биологам не всегда легко найти «общий язык». Узкая специализация в науке может приводить к ситуации, когда глубокие познания не дают, а нередко мешают видеть полную и согласованную картину явления, выявить взаимные связи. В нашей работе, помимо уже перечисленных специалистов, задействованы также физики, математики, химики. Много лет мы плодотворно сотрудничаем с лабораторией гидрохимии Тихоокеанского института географии ДВО РАН, которой руководит доктор географических наук Владимир Маркович Шулькин. С начала 2000-х проводим совместные исследования с лабораторией спутникового мониторинга Института автоматики и процессов управления ДВО РАН, которой руководит доктор технических наук Анатолий Иванович Алексанин. 

– Это наблюдение за поверхностью моря, какие-то оптические методы?

– Да, и это очень интересные и перспективные работы. Но проблема шире. Среда обитания микроводорослей – это не только толща воды. Микроводоросли населяют все возможные биотопы Мирового океана. Мы получили интересные результаты, обнаружив опасных продуцентов при исследовании флоры донных осадков, песков, эпифитных сообществ. 

Вспомните фильм «Птицы» классика триллера Альфреда Хичкока. В основу фильма положен реальный случай, когда в 1961 году на западном побережье США была зафиксирована гибель серых буревестников. Большое количество крупных океанских птиц замертво упало на небольшой калифорнийский городок, неся разрушения домам, машинам и перепугав всё местное население. Как позже установили учёные из Океанографического Института Скрипса, причиной гибели птиц стало отравление амнезиотоксинами, которые вырабатывают диатомовые водоросли рода Pseudo-nitzschia. Токсины попали в птичий организм, передаваясь по пищевой сети от микроводорослей к планктоноядным рыбам (анчоус). Кстати, обширные токсичные красные приливы, вызванные цветением Pseudo-nitzschia, стали настоящим бедствием на западном побережье США. С ними связывают не только случаи массовой гибели морских львов и пеликанов у берегов Калифорнии, но и значительные экономические потери, которые несут марикультурные хозяйства.

– То есть, это результат воздействия «красных приливов»? Почему мы в Приморье редко о них стали слышать, разве они исчезли?

– Они по-прежнему с нами. «Красные приливы», вызванные цветением водоросли ноктилюки (ночесветка), в заливе Петра Великого наблюдали ещё 100 лет назад. Впервые это явление в бухте Золотой Рог описал профессор Остроумов в 1909 году, правда, цветение ноктилюки тогда было зелёного цвета… Эта динофлагеллята – обычный обитатель залива, она не ядовита, однако большие скопления ноктилюки, разлагаясь, могут вызвать дефицит кислорода в морской воде и ряд других явлений, которые неблагоприятно сказываются на биоте залива.

Для того чтобы о ней «заговорили» в СМИ, должно совпасть несколько условий: нужно, чтобы водоросль скопилась вблизи поверхности моря в значительном количестве, чтобы течениями, ветрами её прибило к берегу, и тогда её становится видно невооруженным глазом. Обширные прибрежные акватории окрашиваются в цвет самой ноктилюки – оранжево-красный, и мы можем наблюдать это красочное явление. Кроме того, случаются периоды, особенно благоприятные для её интенсивного размножения. Она не фотосинтетик, поэтому её численность зависит от «кормовой базы».

Центр мониторинга вредоносных микроводорослей и биотоксичности ИБМ ДВО РАН - момент  установления нового продуцента фикотоксинов.

– Оказывается, можно быть то растением, то животным?

– Да, в зависимости от условий! Случается, что на свету организм является автотрофом, а в темноте – гетеротрофом. Автотрофы для построения своего тела используют неорганические вещества почвы, воды, воздуха. При этом одни из них, фототрофы, получают необходимую энергию от Солнца, а другие, хемотрофы, – из химических реакций с неорганическими соединениями. Среди прокариот встречаются и другие комбинации. Так, существуют хемоавтотрофные бактерии, а некоторые фототрофные бактерии также могут использовать гетеротрофный тип питания, то есть являются миксотрофами. 

Микроскопическим водорослям, например, динофлагелятам, удалось много чему «научиться» за сотни миллионов лет «земного» опыта. Вот и геном у них почти в 80 раз больше, чем у человека. Они заслуживают внимательного к себе отношения.

 Микроводоросли-продуценты токсинов из зал. Петра Великого.

 

– К возрасту нужно относиться с уважением.

– Конечно. Например, цианобактерии миллиарды лет «трудились» над созданием кислородной атмосферы на нашей Земле и добились того, что планета стала обитаемой. Но человек порой ведет себя так, как будто хочет повернуть время вспять. Однако стоит помнить, что те же самые цианобактерии умеют вырабатывать и самые эффективные нервнопаралитические токсины. Полезно задуматься о возможных регуляторных механизмах защиты Природы от разрушительной деятельности человека. Может, например, в какой-то момент включиться и отрицательная обратная связь. В сущности, мы ещё очень мало знаем о том, как устроен мир, и осознание этой истины только углубляется на фоне успехов естествознания.

– Вы говорите о Природе, как Творце, нет ли в этом отхода от материализма?

– Материалистические взгляды присущи большинству естествоиспытателей. Я верю, что формы проявления материального мира бесконечны, и отдаю себе отчёт в том, что наше сознание, чувственный опыт, в силу своей ограниченности часто не могут даже сформулировать вопрос, не говоря уже о том, чтобы на него ответить. Я не буду говорить о божественном или материальном, я скажу, что исследовательская работа, даже самый скромный шаг в познании Природы приносит учёному настоящее наслаждение. 

– Вам, биологам повезло вовремя родиться, все только и говорят об успехах биологов.

– И биотехнологов. Действительно, есть элемент моды, востребованность со стороны прикладных наук, запросы рынка и ещё много других сопутствующих факторов. Период ускоренного развития математики, физики, химии позволил создать мощный базис для бурного развития биологии на качественно новом уровне, предоставил биологам в руки чрезвычайно мощные методы исследования и приборную базу, о которых биологи прошлого даже не могли мечтать. Неудивительно, что появилась возможность ставить и решать амбициозные задачи. Человек – биологическое существо, поэтому интерес ко всему живому для него естественен. В последние годы действительно заметен прогресс в изучении человека, но, если можно так выразиться, в изучении его материальной составляющей, а не идеальной, духовной. Расшифрован геном, стали понятны многие регулятивные процессы. Как оказалось, многое из того, что придумано людьми, уже давным-давно существует в природе. Так что пожелание мыслителей прошлого учиться у матери-Природы по-прежнему сохраняет свою актуальность.

Но пока что не удается понять одну из главных загадок природы о том, как связаны идеальное и материальное. Почему запускаются одни процессы, а другие приостанавливаются? Где же этот таинственный «дирижер» и партитура, которую он читает? Как получить доступ к этой информации? Что произойдет с человеком, если ему удастся научиться управлять этими процессами? Ведь неспроста говорят, что «от многия знания – многия печали»… 

Мониторинг токсичных микроводорослей показал, что в заливе Петра Великого зарегистрированы вспышки численности опасных видов диатомовых, динофитовых и рафидофитовых водорослей. Частота и масштабы ВЦВ увеличились, произошли существенные изменения в комплексах доминирующих видов, возросло видовое разнообразие потенциально опасных видов и видов, вызывающих ВЦВ. Обнаружены токсичные виды микроводорослей, которые могут быть вселенцами, занесёнными на акваторию залива теплыми поверхностными водами и балластными водами судов. Они могут вызывать необратимые процессы на генетическом, видовом и экосистемном уровнях.

Смывая отходы жизнедеятельности в море, люди меняют состав водной среды, что становится причиной токсичности фитопланктона, от которого страдают птицы, морские животные и, наконец, сами люди, осознавая, что статус «царя природы» пока ещё ими не достигнут.

Учёные-физики, раскрыв тайны атомного ядра, создали ядерное оружие, способное уничтожить Землю. Хочется надеяться, что биологи и биотехнологии изучат жизнь настолько, что смогут управлять поведением и развитием человечества, не рискуя его погубить.

Александр КУЛИКОВ