Вредоносное цветение водорослей ведет химическую войну в океанах
Микроскопические водоросли океана производят половину кислорода, которым мы дышим. Но у побережья Южной Австралии эти же организмы вызвали токсичное цветение, которое привело к закрытию пляжей, остановке устричных ферм и гибели тысяч морских обитателей.
Водоросли — двигатель океана
Микроводоросли, получая энергию от солнца, превращают CO₂ в сахара, аминокислоты и липиды, которые питают морские микроорганизмы, криль, рыб и китов, формируя основу пищевой сети океана. Хотя они составляют менее 1% фотосинтетической биомассы Земли, микроводоросли связывают столько же углерода, сколько все наземные растения вместе взятые.
Когда цветение становится вредоносным
Большинство цветений безвредны, но проблемы возникают, когда в больших количествах размножаются неподходящие виды. Лишь несколько процентов из тысяч видов морских водорослей способны образовывать вредоносные цветения.
- Karenia mikimotoi, доминирующая в текущем цветении у Южной Австралии, производит химические коктейли, содержащие перекись водорода (H2O2) и гемолизины, которые повреждают жабры и клетки крови рыб.
- Karenia brevis, вызывающая «красные приливы» во Флориде, выделяет сложные лестничные молекулы — бреветоксины. Они накапливаются в моллюсках и могут стать причиной нейротоксического отравления у людей, а также переносятся морскими брызгами в воздух.
- Даже нетоксичные водоросли в огромных количествах могут «душить» экосистемы, создавая бескислородные «мертвые зоны».
Текущее событие в Южной Австралии — крупнейшее зарегистрированное цветение водорослей в стране, охватившее около 4500 км² и приведшее к гибели десятков тысяч, возможно, миллионов рыб и беспозвоночных.
Мы подпитываем цветения
Спровоцировать неконтролируемое цветение может «идеальный химический шторм»:
- Сток, богатый азотом и фосфором, с ферм и из городов.
- Морские тепловые волны, учащающиеся из-за изменения климата.
Антропогенная деятельность сделала вредоносные цветения более частыми, интенсивными и разрушительными.
Молекулярный рынок в море
В цветении микробы обмениваются молекулами для выживания. Водоросли-«производители» выделяют излишки питательных веществ для бактерий, а те поставляют водорослям витамины. Однако на этом рынке есть и «силовики»: некоторые бактерии выделяют альгициды, убивающие клетки водорослей.
Один из таких альгицидов — вестиомицины, производимые морскими бактериями и убивающие виды Karenia. Исследовательская группа уже синтезировала эти соединения в лаборатории.
Почему «серебряные пули» не работают
Уничтожение цветений в открытом океане с помощью распыления альгицидов неэффективно из-за масштабов и перемешивания вод. Лучшая стратегия — профилактика: сокращение стока питательных веществ, восстановление водно-болотных угодий и снижение выбросов углерода.
Возможно ли управление цветениями в открытом море?
Исследования направлены на детальное изучение молекулярной экономики морских микроорганизмов, чтобы понять, какие соединения запускают цветение, а какие — подавляют его. Изменяя молекулярную структуру, можно превратить токсин в безопасный и эффективный альгицид. В будущем это может помочь культивировать микробные средства контроля для сдерживания цветений в открытом море.