Первым объектом исследований ученых созданного в 1956 году нового академического института стало Рыбинское водохранилище, на берегу которого он и обосновался. Название учреждения соответствовало его расположению — Институт биологии водохранилищ АН СССР. Но круг интересов сотрудников и объем задач, которые перед ними ставили, быстро возрастал, выходил за рамки этого вида водоемов, и вскоре наименование скорректировали. Сегодня исследователи Института биологии внутренних вод им. И.Д.Папанина РАН — участники многих национальных и международных проектов, работы над которыми выполняются далеко за пределами центрального региона России.
Например, ведущий научный сотрудник института кандидат биологических наук Максим КУЛИКОВСКИЙ изучает флору диатомовых водорослей и историю ее формирования в водоемах байкальской рифтовой зоны. Работа поддержана грантом Президента РФ. О том, чем примечательна эта флора и что можно узнать, исследуя ее в знаменитом сибирском озере, молодой ученый рассказал нашему корреспонденту.
— Диатомовые водоросли — это микроскопические одноклеточные организмы, которые распространены повсеместно, — объясняет Максим Сергеевич. — Главная их особенность — наличие панциря из аморфного кремнезема – вещества, очень близкого по свойствам к стеклу. Панцирь состоит из двух створок. Именно эта особенность отличает такие водоросли от остальных. А если учесть еще и то, что они встречаются во всех типах экосистем, то станет понятна их востребованность биологами, ведущими прикладные исследования в самых разных направлениях.
В первую очередь — это оценка качества поверхностных вод. Отдельные виды или даже роды диатомовых водорослей служат индикаторами условий солености, кислотности, содержания органических веществ. Поэтому в странах Евросоюза и в ряде других разработаны специальные диатомовые индексы, которые официально используются для мониторинга водных объектов. Популярна и другая область применения: панцири ископаемых диатомей отличаются хорошей сохранностью, что играет важную роль при палеоэкологических реконструкциях, анализе палеоклиматов, определении геологического возраста пород.
В последние годы большое внимание уделяется изучению панциря, его структуры — это открывает новые возможности для развития нанотехнологий и бионики. Кроме того, диатомовые вырабатывают большое количество различных органических соединений, что позволяет рассматривать их как важное потенциальное сырье для получения биотоплива. Известны случаи, когда эти водоросли оказывались полезными в криминалистической практике.
Прикладное использование диатомей строится на знании видовой принадлежности и положения отдельных таксонов в классификационной системе этой группы, а также на изучении тонкой структуры панциря и его перфораций. Это, собственно, и есть фундаментальная задача, над которой работает наша группа.
— Чем интересна для вас эта тема?
— Изучение Байкала и водоемов байкальской рифтовой зоны дает ключ к пониманию многих эволюционных особенностей этих водорослей. Байкал — самое древнее озеро на нашей планете, история его формирования насчитывает более 30 миллионов лет. Этот водоем не подвергся покровным оледенениям, и формирование флоры шло в нем непрерывно.
Диатомовые водоросли делятся на две большие группы: центрические и пеннатные. Первые активно развиваются, как правило, в планктонных сообществах, создавая огромную биомассу. После отмирания они накапливаются в донных осадках. Исследование центрических диатомей из колонок глубоководного бурения позволяет изучить геологические и экологические особенности прошлого. Эту работу в Байкале выполнили признанные авторитеты по исследованию ископаемых диатомовых водорослей профессор Галина Кузьминична Хурсевич и выдающийся исследователь Байкала академик Михаил Иванович Кузьмин в рамках проекта “Байкал-бурение”. Их монография “Центрические диатомовые водоросли позднего кайнозоя озера Байкал” — настольная книга для всех ученых, так или иначе связанных с этой темой.
Пеннатные диатомовые, напротив, преимущественно бентосные формы, то есть живущие на дне, ими также обрастают камни. Они более разнообразны, по количеству таксонов превосходят центрические во много раз. Поэтому нам интересно понять реальное разнообразие именно второй группы в Байкале. Могу сказать, что полученные результаты превзошли все ожидания. Если еще несколько лет назад считалось, что флора диатомовых водорослей Байкала включает несколько сот видов, то теперь мы насчитываем более тысячи таксонов, что сопоставимо с флорой Центральной Европы. В 2012 году совместно с нашими иностранными коллегами мы опубликовали первую монографическую ревизию современных пеннатных диатомей и большое число статей в ведущих международных изданиях по нашей тематике. Мы описали 11 новых родов диатомовых водорослей и около 300 новых видов. Этот огромный материал позволил нам выявить основные черты флоры диатомовых водорослей Байкала и ее особенности.
Историю формирования флоры диатомовых водорослей байкальской рифтовой зоны мы изучаем на основе анализа ископаемых видов из Байкала в совместной работе с упомянутой ранее Галиной Кузьминичной Хурсевич. Интересно сравнивать наши данные по пеннатным диатомеям с опубликованными раньше в материалах других исследователей. Например, описанные нами новые роды и виды из Байкала были обнаружены в отложениях Прибайкалья еще несколько десятилетий назад известным специалистом в этой области Еленой Андреевной Черемисиновой. В числе других современных подходов, которые мы взяли на вооружение, — изучение биогеографии и филогении с использованием молекулярно-генетических методов. Очень важным нашим шагом стало создание условий для изоляции культур водорослей и их выращивания.
Грант президента, а также средства из других фондов позволили полностью обеспечить нашу группу современными световыми микроскопами. Использование их, как и обширного парка электронных микроскопов, которыми располагает институт, заметно способствует успеху работ.
Для проведения молекулярно-генетических исследований необходимо выделять штаммы, выращиваемые из одной клетки. Это довольно трудоемкая и сложная процедура (приходится иметь дело с организмами длиной 10–20 мкм) освоена моим коллегой Евгением Гусевым. К настоящему времени мы создали большую коллекцию культур (в нее входят не только диатомовые водоросли, но и другие группы), в которой в общей сложности представлено более 1000 штаммов. Они поступили из различных регионов России и, конечно же, из Байкала, водоемов байкальской рифтовой зоны, а также из Монголии, Вьетнама, ряда стран Европы.
Появление коллекции культур открыло возможность для создания собственного банка ДНК водорослей, которые мы используем в филогенетических исследованиях. В дальнейшем они могут стать базой для развития такого подхода, как штрих-кодирование (bar-coding). Исследование диатомовых водорослей в культурах позволяет также изучить строение хлоропластов, это дополнительный признак в систематике. Благодаря культурам можно анализировать и морфологическую изменчивость видов, что важно для более точной идентификации.
— Многие исследования вы проводите, наверное, во время экспедиций?
— Понимание разнообразия ископаемых форм невозможно без анализа состава диатомовых водорослей в современных водоемах. Именно поэтому в 2011 и 2012 годах мы организовывали экспедиции на Байкал и в его окрестности для сбора проб. Это были очень интересные поездки. В первый год мы проехали весь южный Байкал. А во второй брали пробы в северной и центральной частях озера. Нам удалось собрать их достаточно много, в том числе с глубины 50 и более метров. Сообщества водорослей там сильно отличаются от тех, что находятся в прибрежной зоне. Интересным было посещение озер и рек, расположенных рядом с Байкалом. Новая экспедиция даст возможность получить дополнительный материал из этого региона.
— Есть ли особенность в вашем подходе к исследованиям?
— Наш подход отличается скрупулезным документированием найденных таксонов в пробах с использованием современных световых и электронных микроскопов. Коллекция микрофотографий (иконотека), которую мы сформировали, — крупнейшая в России и включает более 100 тысяч снимков. Мы продолжаем работу, начатую несколько десятилетий назад моим учителем, известным в России и мире диатомологом Сергеем Ивановичем Генкалом. Постоянное внимание к нашим работам и всесторонняя поддержка с его стороны позволили нам активно развивать разные направления. Поэтому своей коллекцией микрофотографий мы гордимся не меньше, чем коллекцией культур. Издание больших монографий с полным документированием диатомовых водорослей из разных регионов сыграло очень важную роль в понимании биогеографии этих организмов. Сейчас очевидно, что большинство таксонов не являются космополитами, а имеют более локальное распространение. Именно поэтому нужно знать особенности флоры диатомовых водорослей отдельных регионов.
Одно из важных направлений нашей работы — изучение типовых коллекций диатомовых из озера Байкал. Здесь, как ни парадоксально, не все так просто. Дело в том, что большинство коллекций, созданных в прошлом веке, были утрачены, а небольшая уцелевшая часть находится не в России, а в Европе и США (например, коллекция Бориса Васильевича Скворцова, работавшего в 1920-
1940-е годы). Для нас особенно важно, что все голотипы новых таксонов, которые мы описываем, входят в состав гербария Института биологии внутренних вод, имеющего акроним IBIW.
Таким образом, главный подход в нашей работе, который мы отстаиваем, — это точное знание видовых и родовых таксонов диатомовых водорослей. Только после тщательного изучения флоры отдельного региона, типовых коллекций и истории формирования отдельных групп можно на хорошей научной базе обсуждать биогеографию, экологические особенности видов, построение филогении, использовать полученные знания для решения прикладных и экологических задач. Именно поэтому для всей нашей группы важно создание современного определителя диатомовых водорослей на русском языке. Опять же парадокс, но до сих пор многие отечественные ученые используют определитель на русском языке, изданный в 1951 году и имеющий только историческую ценность.
Выполнение работы по нынешнему проекту позволит нам ответить на вопросы: насколько современная флора в водоемах байкальского региона связана с ископаемыми флорами и какие эволюционные изменения произошли?
Хотелось бы отметить, что мы активно сотрудничаем со многими российскими вузами в вопросах подготовки студентов по нашей тематике. В первую очередь, это Санкт-Петербургский, Нижегородский, Северный Арктический университеты.
На нижнем фото: Диатомовые водоросли в сканирующем электронном микроскопе
Фирюза ЯНЧИЛИНА
Фото предоставлено М.Куликовским
Нет комментариев