Под водой: исследование раскрывает секретные строительные блоки северных водорослей
Новое исследование кампусов Университета Торонто в Миссиссаге и Скарборо раскрывает увлекательные секреты о сложной структуре морского организма, встречающегося по всему земному шару. Данные предоставляют важные новые сведения о молекулярном процессе минерализации, который создаёт уникальную структуру морского растения.
Кораллиновые водоросли встречаются по всему миру, где они растут похожими на камни скоплениями на дне океана как в тёплых, так и в холодных водах, и часто формируют структурную основу для коралловых рифов. Характер роста кораллиновых водорослей может предоставить важную информацию о прошлых климатических событиях и о том, как водные организмы реагируют на новые условия, вызванные глобальным изменением климата.
Для исследования учёные изучили Leptophytum foecundum — кораллиновую водоросль, найденную в холодных водах у побережья Лабрадора, Канада. «Это очень распространённый вид», — говорит Азизур Рахман, исследователь из Группы изучения климатической геологии UTM и ведущий автор исследования. Однако, несмотря на её повсеместность, мало что известно о том, как формируется и растёт скелет водоросли. «Наше исследование стремится понять скелетную структурную систему водоросли и изучить функциональные молекулы в процессе биоминерализации», — говорит он. «Наши результаты впервые показывают, как природный полимер, известный как хитин, способствует развитию кораллиновых водорослей, и дают новое представление о роли, которую хитин играет в контроле процесса образования минералов в морской среде».
Хитин — природный полимер, содержащийся в составе кораллиновых водорослей, а также ракообразных, насекомых, грибов и яиц нематод. Этот полимер прочный, гибкий и полупрозрачный, а его волокнистая форма используется в экологических приложениях, таких как улучшение качества воды на фермах аквакультуры и в аквариумах, и в биомедицинских целях, например, для перевязки ран и терапии стволовыми клетками. В кораллиновых водорослях хитин упрочняет или кальцифицирует клеточные стенки морского растения, создавая твёрдый, как камень, скелет водоросли.
Исследователи разработали новый инструмент для анализа водорослей, основываясь на предыдущем исследовании Рахмана и его коллеги профессора Йохена Халфара с кафедры химических и физических наук UTM. «Ранее считалось, что биополимеры, такие как хитин, не играют роли в процессе кальцификации», — говорит Рахман. Их результаты показали, что хитин играет важную роль, обеспечивая образование магниевого кальцита — важного строительного блока в твёрдом скелете Leptophytum foecundum. «Мы впервые показали, что хитин играет ключевую роль в процессе кристаллизации минералов у морских организмов».
Рахман отмечает, что хитин не обнаружен у других кальцифицирующих морских организмов, таких как кораллы, но добавляет, что дальнейшие исследования могут выявить этот полимер у других разновидностей кораллиновых водорослей. Полимер также, по-видимому, обеспечивает защиту от последствий изменения климата. «Хитин содержит полисахариды, которые повышают устойчивость кальцификаторов, таких как кораллиновые водоросли, к негативным эффектам закисления океана», — говорит Рахман.
«Наши выводы дают новую информацию о морской экосистеме и наше понимание изменений морской среды», — говорит он. «Результаты могут повлиять на наше представление о будущей реакции кораллиновых водорослей на глобальное изменение климата».
Исследование было опубликовано в сентябрьском номере журнала Scientific Reports за 2019 год.