Как водоросли выживают в суровом мире морского льда
Новое исследование Университета Восточной Англии раскрыло новые ключи к пониманию того, как водоросли выживают в полярном морском льду.
Результаты дают свежее представление о том, как диатомеи — микроводоросли, производящие кислород для каждого пятого нашего вдоха — выживают в своей суровой среде.
Большинство диатомей производят липкое, слизистое вещество, называемое EPS (внеклеточные полимерные вещества), которое защищает их от изменений окружающей среды.
Это исследование, совместно проведенное учеными из UEA и Университета Эссекса, является первым в мире, показавшим, как эта слизь производится ключевым видом полярных диатомей, геномная последовательность которого недавно стала доступной.
Диатомеи встречаются почти во всех морских и пресноводных местообитаниях и важны для мировой экосистемы, поскольку они ответственны за 20% мирового фотосинтеза и играют ключевую роль в экологии морского льда.
Глобальное потепление приводит к значительным изменениям количества морского льда в Северном Ледовитом и Южном океанах.
Исследование, финансируемое Советом по исследованиям природной среды (NERC) и с участием Университета Бангора, было сосредоточено на морском льде, поскольку он меняет свою динамику, тая и замерзая в зависимости от сезонов.
В исследовании моделировали морской лед в лаборатории при разных температурах и солености, наблюдая, как меняются химия, биология и генетическая программа. Лабораторные результаты затем сравнивали с материалом из Антарктики.
Опубликованное в ведущем журнале ISME Journal, исследование под руководством профессора Томаса Мока из UEA и профессора Грэма Андервуда из Эссекса было сосредоточено на полярной диатомее Fragilariopsis cylindrus, которая способна процветать в суровых условиях морского льда.
Профессор Андервуд более 25 лет изучал EPS в прибрежных илистых отмелях и соленых маршах, реках, озерах, коралловых рифах, а в последнее время — в морском льду. Профессор Мок руководил проектом по геному Fragilariopsis cylindrus, а д-р Ян Штраусс возглавлял анализ экспрессии генов по всему геному, что дало ключевое понимание метаболического пути производства EPS.
EPS защищают клетки диатомей от окружающей среды, помогают им двигаться и плавать, влияют на формирование морского льда. Они могут улавливать пузырьки и переноситься в атмосферу, поедаться бактериями и попадать в пищевую цепь или захораниваться в осадке.
«Мы знали, насколько важны EPS в экологии диатомей, но никогда не обнаруживали, как они адаптируются к меняющейся среде, или не показывали связи между полевыми измерениями, работой с культурами клеток и экспрессией генов», — пояснил профессор Андервуд.
«Наша работа — первая, показавшая метаболический путь и меняющуюся химию EPS, которые защищают диатомеи».
Говоря о будущих исследованиях EPS диатомей, профессор Мок добавил:
«Используя новейшие инструменты редактирования генома, такие как CRISPR/Cas, мы очень заинтересованы в том, чтобы нацелиться на некоторые гены, участвующие в производстве EPS, чтобы определить их конкретную роль, что может быть очень актуально для биотехнологических применений, таких как устойчивость к замерзанию или усиление секреции биологически активных соединений».