Skrivnosti Baikalskega Spirogyre

Skrivnosti Baikalskega Spirogyre

Ekaterina Volkova
"Science Firsthand" št. 2 (68), 2016

O avtorju

Ekaterina Aleksandrovna Volkova – podiplomski študent Laboratorija za biologijo vodnih nevretenčarjev Limnološkega inštituta sibirskega podružnice Ruske akademije znanosti (Irkutsk). Avtor in soavtor 6 znanstvenih člankov.

Ni v prvem letu, ko so svetovna skupnost skrbela poročila, ki se redno pojavljajo v tiskanih in elektronskih medijih o nenavadnem množičnem razvoju bajkal skrivnostne alge spirogyre, ki "uničuje vse na svoji poti". In takoj, ko ne pokličejo, in v kaj ne krivijo nesrečne! Dejansko so v zadnjih nekaj letih na številnih območjih jezera Baikal zaznali intenzivno kaljenje dna s spirogyro, v nekaterih pa obilne kopičenje teh alg, katerih razgradni produkti povzročajo, da je obalna voda nevarna za uporabo pri ljudeh in živalih. V preteklosti so alge tega rodu živele le v plitvih, dobro ogrevanih zalivih jezera in se niso razvile v takem obsegu. Ampak to ni spirogira, ki povzroča smrt gob in mehkužcev ali razvoj cianoprokaronov, ki proizvajajo sakitoksin, in druge probleme v Baikalu (Timoshkin et al., 2016). Vsi ti pojavi kot povezave ene verige so posledica delovanja dejavnikov, ki bi lahko imeli mešano naravo.Prispevek je namenjen glavnim temam, s katerimi se raziskovalci soočajo z nenavadnim razvojem Baikal Spirogyre.

V zadnjih letih na mnogih območjih jezera Baikal pride do intenzivnega zaraščanja morskega dna, v nekaterih pa tudi resnih strukturnih sprememb v fitobentosu, zlasti zamenjave prevladujočih vrst, vključno z endemijami, z zelenimi nitkami, ki niso bile zabeležene na takih lestvicah prej v jezeru. Poleg tega je bil skoraj skoraj celotno območje jezera zaznano povečanje biomase avtohtonih alg, značilno za jezero Baikal, na globinah 0-1 m (Timoshkin et al., 2016). Praviloma velik del makifitobentosa Baikalov sestavljajo predstavniki rodu spirogyre (Spirogyra Link).

Znanstveniki so predhodno opazovali alge rodu spirogyra v Baikalu in njegovi okolici, vendar nikoli v stoletni zgodovini študija fitobentosa jezera ni bil razvoj teh alg masivne narave in je bil omejen na plitve, dobro ogrevane zalive (Izhboldina, 2007). Trenutno je znano, da se znaten razvoj teh alg pogosto pojavlja na mestih z visoko koncentracijo biogenih elementov, predvsem zaradi izpuščanja nezadostno obdelanih odpadnih voda (Kravtsova et al., 2012, Timoshkin et al., 2014).Rezultat tega razvoja so gnitje mase alg, ki se kopičijo na obali na nekaterih območjih jezera (na primer v mestu Severobaikalsk) v celotnem obdobju odprtih voda (Timoshkin et al., 2014).

Osebje laboratorija za biologijo vodnih nevretenčarjev A.V. Nepokrytykh in A.Lukhnev ocenjuje širino algalnih preprog na obali jezera Baikal nasproti vasi Zarechnoe (okrožje Severobaikalsk)

Posebej je treba opozoriti, da so alge na kopnem normalno kot celota. Tako konča rastočo sezono številnih predstavnikov spodnje flore jezera. Lahko jih primerjamo s filtrom, ki je delal tako, kar Baikal redno spreminja. Na primer, v zadnjih letih kljub razvoju spirogyre živijo in umirajo drugi filamenti (filamentne alge) v ustreznem času. V juniju – juliju, ob odprtih obalah, lahko vidite grozdje ulotrixa, v avgustu pa endemične draparnaldioides. Nihče jih ne premesti, konec konca vrhunca njihove rastne dobe, to je rasti. Oblikovanje prosto plavajočih grozdov makroalgae thalli v obalnem delu jezera je v različnih časih privabilo raziskovalce, kot so V. Ch.Dorogostaysky, K.I. Meyer, A.P. Skabichevsky.

Vendar je lahko prekomerna količina alg nevarna. Natanćneje, gnitje izdelkov iz masivnih podstavkov iz alg, ki se nahajajo na kopnem ali prostem plavanju, lahko povzroćijo, da voda ne bi mogla uporabljati ljudi in živali.

V podlogah Bay of Mangrovske Algal spirogyra in ulotrix povzročata znatne motnje v okolju za drstenje ožganega krvoločnega prebivalstva (Cottocomephorus grewingkii, Dybowski) (Khanaev idr., 2016).

Za obstoj bakterijskih hidrobiontov lahko pretirani razvoj alg, po mnenju nekaterih raziskovalcev, ustvari tudi resne težave.

Ob istem času, če "dostojni" ulotriks in draparnnaldioids "spoznajo čast" in zapustijo pravočasno, se Spirogyra trmasto ne odreče, s tem pa do pozne jeseni oskrbuje tone zastarele mase.

Tudi v prvih delih, posvečenih spodnji flori Baikal, je bila ugotovljena njegova izvirnost in prisotnost specifične cone pri distribuciji vrst. V obalnem pasu jezera se razlikujeta pet vegetativnih območij, ki zasedajo globine od 0 do 60-116 m in jih označujejo nekatere vrste alg (Izhboldina, 2007).

Prvi zelenjavni pas Baikal, ali pas Ulothrix zonatazaseda globino 0-1,5 m. Foto: A. Timoškin

Z začetkom leta 2012 so se začeli pojavljati znanstvena poročila o lokalnih strukturnih spremembah v spodnjih fitocenozah v Baikalu zaradi pretiranega razvoja filamentnih alg. Zlasti je postalo znano o zamenjavi v poletnem obdobju na območju macesnovega zaliva endemičnih vrst draparnnaldioides (Draparnaldioides Meyer et Skabitsch.), Prevladujočega v tretjem rastlinskem pasu, filamentnih alg genera spirogyra in ulotrixa (Ulothrix Kütz.), Kar je po mnenju avtorjev povezano s povečano antropogeno obremenitvijo, zlasti s povečano vsebnostjo fosforjevih spojin v vodi, katerih vire so lahko detergenti (Kravtsova in sod., 2012, Kravtsova in sod., 2014). Poročali so tudi o številnih Spirogyri, pritrjenih na kamnito podlago tega zaliva kot del prvega vegetacijskega pasu (na globini 0,3-0,5 m) (Vishnyakov et al., 2012). Opozorili smo na jesenski razvoj na ravni vode v istem zalivu in v zalivu velikih mačk iz stijeoklonijeve zelene alge (Stigeoklonium tenue (Ag.) Kütz.) V skoraj popolni odsotnosti običajnega za to območje pasu ulotrix. Pokazalo se je, da masa Spirogyre v obdobju največjega razvoja v Bay Big Cats lahko doseže do 317 g / m2 (Timoshkin et al., 2014). Od leta 2015Spirogyra je registrirana na številnih preučevanih območjih Bajkala, predvsem ob zahodni obali (Timoshkin et al., 2016).

Zanimivo je, da je med baikalskimi zelenimi algami (Chlorophyta), ki so najbolj raznolika skupina makrofitobenthosa jezera, spirogyra, ki je prevzela vodilni položaj (ki pa po sodobni taksonomiji pripada oddelku Charophyta). V drugih vodnih telesih, na primer v Velikih ameriških jezerih (Erie, Michigan, Ontario), je povečanje obremenitve hranil pripeljalo tudi do velikega razvoja zelenih filamentov (Higgins et al., 2008 itd.), Vendar tam, tako kot v mnogih drugih sistemih, ki so imeli podobne probleme, se je moral ukvarjati s klodoforo glomerati (Cladophora glomerata (L.) Kütz.). Kladofora glomerata, ena najbolj razširjenih preje na svetu, je tudi "naravni" predstavnik bajkovske spodnje flore, kjer se pojavi na skalnem substratu med avgustom in septembrom. Ob istem času vzdolž glavnega dela obale in števila mest pojavljanja (1,5-8%) vrste in njegove fitomase (0,21 g / m2) so zanemarljive (Izhboldina, 2007).

Spirogyra, ki se razvija v plitki skali. Baikal, Boo Bolshoye Goloustnoe, globina 0,5 m, oktober 2014. Fotografija O. Timoshkina

Zakaj spirogyra?

Zakaj se je skrivnostna spirogira in, na primer, zloglasni klodoforni glomerat, odzvali na množični razvoj hranilnega glutena priobalnega obalnega pasu? Da bi odgovorili na to vprašanje, je treba te alge preučiti zlasti njihove življenjske cikle in razvojne značilnosti tako v svojem naravnem habitatu, ki temelji na rednih sezonskih raziskavah na terenu, in v laboratorijskih pogojih, pri čemer se upoštevajo številni dejavniki. Torej, na primer, v primeru "cvetenja" obalnega pasu Velikih ameriških jezer je bilo ugotovljeno, da ostra zamenjava prevladujočih skupin – ulotrix zonates (Ulothrix zonata Kütz.) Claudophora glomerata – in prekomerni razvoj slednjega se pojavlja zlasti zaradi mase nespečnega razmnoževanja ulotrixa, ki ga povzroči zvišanje temperature vode v poletnem obdobju (Graham et al., 1985). Po sproščanju zoospores se ulotrične niti umirajo, kar zagotavlja "prazen" prostor za druge alge. Nadalje, glodata Kladofora "vstopi v prizor", za katerega je trenutni temperaturni režim, prisotnost prostega kamnitega substrata in dohodna hranilna "hrana" iz zemlje ugodni pogoji za uspešen razvoj. Zanimivo je, da se Ulotrix vrne, ko se temperatura pade pod 10 ° C jeseni, ki sedaj nadomesti Cladophora.To pomeni, da so značilnosti biologije posameznih vrst v kombinaciji z abiotskimi dejavniki v pogojih povečane obremenitve s hranili v veliki meri odgovorne za specifično prestrukturiranje obalnih bentoških skupnosti v velikih ameriških jezerih.

Fragment klamofornega tallusa glomeratov, prekrit z diatomi iz rodu Kokkoneis (Cocconeis sp. Ehrenb). Svetlobna mikroskopija. Na stranski vrstici: splošen pogled na glinasti talidi (Cladophora glomerata L. Kütz)

Tapnite Spirogyra s Spirogyro

Ko govorimo o skrivnostnosti razvoja Spirogyra v Baikalu, je nemogoče reči o njej kot enega najbolj skrivnostnih predstavnikov rastlinskega sveta. Verjamem, da je nekakšen alg Spirogyra ki jih je mogoče prepoznati zaradi svojih helikopterjev, ki so zasukani kloroplasti. Vendar pa obstajajo še druge, zelo podobne alge (na primer, rod Sirogonij Kütz. ali Sirocladium Randhawa), ki jo oseba brez izkušenj in posebnega usposabljanja lahko vzame za spirogyro. V nekaterih primerih ga lahko zamenjamo tudi s predstavniki drugih družin! Zato je pred vami zelena žarilna nitka nedvoumno trditi, da je to spirogyra. V nekaterih predelih Bajkala le spirogyra razcvetlja.

Fragment spirogyra nit (na vrhu) in fragmentom z nitjo glodata cladofora (spodaj).Svetlobna mikroskopija

Identifikacijski problemi spirogyre so povezani tudi z dejstvom, da se identifikacija vrste izvede v skladu z značilnostmi stopenj spolnega razmnoževanja ali konjugacije, ko vsebina celic ene žice prehaja v celice druge. Brez kvantitativnih in kvalitativnih značilnosti tega procesa, brez opisovanja nastalih zygospores, je celo približno nemogoče povedati, katere vrste je pred nami na diapozitivu pod mikroskopom, kar pomeni, od kod je bil odvzet vzorec. Istočasno pa se po različnih podatkih takšne stopnje nahajajo le v 10-18% vzorcev v Spirogyri in v Baikal Spirogyri, po mnenju avtorja, samo v 9%.

Konjugacija spirogyre: prenos vsebine iz celic ene verige v drugega in nastanek zygospores (produkt spolne reprodukcije teh alg)

Z razvojem metod molekularne biologije je bilo mogoče na podlagi naključnosti nukleotidnih zaporedij molekularnih markerjev neznane vrste prepoznati vrste živih organizmov z zaporedji znanih vrst, ki že obstajajo v podatkovnih bazah. Trenutno je 516 morfoloških vrst spirogyre priznano kot taksonomsko (v skladu s AlgaeBase od aprila 2016 dalje), vendar je le za 36 od njih znanih zaporedij kakršnih koli genetskih markerjev in samo za osem jedrski 18S rDNA gen (v skladu z bazo NCBI od aprila 2016).

Analiza zaporedja 18S pDNK, pridobljene pri delu s posameznimi rastlinskimi nitmi alg iz zaliva Larch, je pokazala, da v masi alg, ki še niso identificirane, obstajajo vsaj tri vrste spirogyre (Romanova et al., 2013).

Predvsem zaradi težav pri opredelitvi vrste spirogyra je težko reči, ali je ta ali ta vrsta tega rodu napadalec, ki se je v zadnjih letih prost pretok skozi celotno Baikal. Spirogyra, ki se danes močno razvija na številnih območjih jezera Baikal, bi lahko bila včeraj, ne pa v takšni količini, plodne faze pa se preprosto niso zgodile raziskovalcem. Torej, v zadnjem času so bile določene morfološke značilnosti Spirogyra fluviatilis Helse ali reka Spirogyra (Timoshkin, 2014), ki se razvija na skalnatem obalnem pasu v nekaterih zalivih jezera Baikal. Pred tem ta vrsta ni bila registrirana v jezeru, vendar to ne pomeni, da je bila ta alga nedavno uvedena.Reka Spirogyra je razširjena po vsem svetu in jo najdemo v številnih sladkovodnih vodah, rekah in jezerih. V okolici jezera Baikal so številni raziskovalci našli sterilne talije spirogire (glej Izhboldina, 2007), kar je verjetno povezano s to vrsto.

Spirogyra med kamni r. Big Kotinka, ki teče v zaliv Big Koty in v bivališče Creek (spodaj). V središču – kamen iz dna jezera, od globine enega metra, (v bližini vasi Bolshaya Goloustnoe), prekrit s filamentnimi algami, predvsem spirogyra, katerih tali dosežejo dolžino 50 cm

Danes je ena najnujnejših nalog ugotavljanje bogastva vrste Spirogyra v Baikalu. Prvič, podatki o biotski raznovrstnosti na splošno in zlasti posameznih skupin organizmov se uporabljajo predvsem pri metodah ekološkega biomonitoriranja vodnih ekosistemov. In natančna identifikacija vrst in razumevanje regionalne raznolikosti sta osnova za biološki nadzor in oceno stanja okolja. Hkrati so bile informacije o sestavi vrste Spirogyra v Baikalu, ki jih imamo danes, pridobljene pred več kot 80 leti, omejeno na dve lokalni področji (Meyer, 1930) in dobesedno redko za jezero (Izhboldina, 2007).Drugič, Baikal je skladišče edinstvene biološke raznovrstnosti. Mnoge vrste se ne nahajajo nikjer drugje, razen v Baikalu! Možno je, da so spirogyra v Baikalu zastopane številne vrste, ki jih prepoznavajo različne metode – naloga bližnje prihodnosti.

Dela, ki so namenjena temeljnim in praktičnim problemom bajkalskega spirogyra, se trenutno izvajajo na Limnološkem inštitutu SB RAS.

Žal, medtem ko je več vprašanj kot odgovorov. Toda, kot veste, je prava naloga polovica rešitve.

Literatura:
1. Vishnyakov, V.S., et al. Taksonomski seznam makroalgic obalnega pasu Bolshie Koty in zaliv Larchivny (južni Baikal) // Izv. Irk. stanje ne-to. Ser. "Biologija. Ekologija". 2012. Vol 5, No. 3. Str. 147-159.
2. L. Izhboldina Atlas in determinant fitobentosnih alg in perifitona jezera Baikal (mei-in makrofite) s kratkimi eseji o njihovi ekologiji. Novosibirsk: Znanstveni center, 2007. str. 248.
3. Kravtsova, L.S., et al., Kršenje vertikalne zonalnosti zelenih alg v obalnem delu zaliva Listveničkega jezera Baikal, Dokl. RAS. 2012. V. 447, št. 2. S. 1-3.
4. Romanova et al., Identifikacija zelenih filamentnih alg s področja lokalnega biogenega onesnaževanja jezera Baikal (Macesen Bay)uporaba 18S rDNA molekularnega markerja // Ekološka genetika. 2013. V. 11, št. 4. str. 23-33. (12597).
5. Timoškin OA, et al. Ekološka kriza na Baikalu: znanstveniki postavljajo diagnozo. Znanost iz prve roke. 2014. V. 5. S. 75-91.
6. Timoshkin OA, et al. Masovni razvoj zelenih filamentnih alg genera Spirogyra Povezava in Stigeoklonij Ktz (Chlorophyta) v obalnem pasu Južnega Baikala // Hidrobiološki dnevnik. 2014. V. 10, št. 5. str. 15-26.
7. I. V. Khanaev, et al. Vpliv masnega razvoja zelenih filamentnih alg na razmnoževanje rumenega krilnega jajca Cottocomephorus grewingkii (Dybowski, 1874) (Cottidae) v kontekstu ekološke krize Blejskega jezera // Dokl. RAS. 2016. V. 467, št. 1. str. 119-121.
8. Graham J.M. et al. Svetloba in temperatura kot dejavniki Ulothrix zonata (Ulvophyceae) // J. Phycol. 1985. V. 21. P. 228-234.
9. Higgins S.N., et al. Ekološki pregled Cladophora glomerata (Chlorophyta) na Laurentian Velikih jezerih // Journal of Phycology. 2008. V. 44. P. 839-854.
10. Kravtsova L. S. in sod. Bentoške bentoške nenavadne zelene alge na jezeru Baikal // Velika jezera raziskave. 2014. V. 40. str. 441-448).
11. Timothin O., et al., East Baikal (Vzhodna Siberia): Ali je v mestu največja svetovna sladkovodna biotska raznovrstnost v nevarnosti? // J. Great Lakes Res. 2016. dx.doi.org/10.1016/j.jglr.2016.02.0.011.

Iskreno se zahvaljujem nadzorniku d. B. n., prof. O. A. Timoshkin, kot tudi b. n N. A. Bondarenko za svoje občutljive smernice v mojem znanstvenem iskanju.

To delo je podprlo dotacija Ruske fundacije za temeljne raziskave "Moja prva donacija" št. 16-34-00064 "Morfološka in genetska raznovrstnost alg rodu Spirogyra (Zygnematophyceae, Charophyta) – novi prevladujoči predstavniki flore jezera Baikal ".

Kako se računalnik uniči spirogyra v ujetništvu

Julia Zakharova

Vodja skupine za gojenje pri Ultrastrukturnem oddelku celice Limnološkega inštituta SB RAS, višji raziskovalec, kandidat za biološke znanosti Julia Zakharova:

V letošnjem letu je bila dodeljena naša skupina za pridelavo sladkornega krompirja, Spirogyra, da bi pridobili čimveč informacij o rasti in razvoju spirogyre v različnih laboratorijskih pogojih. Gojili smo diatomeje v mini inkubatorjih, ki jih je oblikovalo osebje našega inštituta (Safonova et al., 2007), vendar je bil izdelan nov model za spirogyro. Postavili smo eno vrsto spirogyre, ki je sestavljena iz 6-8 celic v ločenih vrtinah iz plastičnih plošč. Sprva je bila sterilna voda Baikal uporabljena kot gojitveni medij, vendar se število celic v kolonijah ni povečalo – spirogyra je živela, vendar ni rasla. Uspešno rast alg smo opazili v Boldovem bogatem mineralnem mediju (Brown et al., 1964). Po dveh mesecih pridelave z naravno svetlobo pri temperaturi 20-22 ° C in nenehnem mešanju, katerega način je krmilil računalnik, se je spirogyra začela množiti.

Vsakemu hidrobiologu je jasno, da poleg raziskav dejavnikov, ki spodbujajo ali zavirajo razvoj katerega koli vodnega organizma, so poleg poljskih opazovanj koristne informacije tudi v laboratorijskih poskusih. Takšno nalogo sta Spirogyra in akademik M. A. Gračev določila za skupino gojenja oddelka za ultrastrukturo celice Limnološkega inštituta, ki jo vodi Kandidatka za biološke znanosti, Yulia Zakharova.

Spirogyra, kot vsi že vejo, živi v obalnem pasu, kjer je dovolj svetlobe, in voda dobro premeša zaradi valovnega gibanja. Če preprosto ujamete nit te alge in jih postavite v steklenico za pridelavo, se ne bo povečala in pomnožila. Za to je potreben kultivator, ki bi zagotovil natančno in stabilno mešanje vode pod računalniškim nadzorom, ki določa način mešanja in v katerega bi bile plošče nameščene za sočasno proizvodnjo velikega števila eksperimentalnih točk. MA Gračev je že dolgo časa izumil takega kultivatorja, zdaj pa so mladi zaposleni v laboratoriju hidrofizike (Konstantin Kucher in Ilya Aslamov)zaradi nujne potrebe – nekaj tednov. Na žalost ni mogoče opisati ideje in zasnove kultivatorja, ker bodo izumitelji patentirali. Spirogyra je ustvarila pogoje, ki so všeč, raste v njih in se celo pomnoži. Vzel je majhen korak k ugotavljanju razloga za množični razvoj te alge v obalnem pasu jezera Baikal. Lahko greš dlje …

Konjugacija Spirogyre v laboratoriju je proces spolne reprodukcije alg: celice dveh pramenov so med seboj povezane s stranskimi procesi, ki tvorijo kanal, skozi katerega protoplast ene celice pretaka v drugega in se združuje z njeno vsebino. Celica, v kateri je prišlo do združitve, je zaokroženo, ločeno od žarilne nitke in prekrita z debelim plaščem, se spremeni v zygospore. Svetlobna mikroskopija

Literatura:
1. Brown R. M., Bold H. C. Phycological studies. 5. Primerjalne študije algalnih rodov Tetracystis in Chlorococcum // Univ. Texas Publ. 1964. Št. 6417. str. 1-213.
2. Safonova, T.A., Aslamov, I.A., Basharina, T.N., et al. Gojenje in avtomatsko štetje celic v večplastnih plastičnih ploščah // Diatom Res. V. 22 (1). Str. 189-195.


Like this post? Please share to your friends:
Dodaj odgovor

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: