Irina Lagunina: V tomto ročním období čelí řada zemí po celém světě nebezpečí takzvaných „rudých přílivů“. Tento jev je spojen s přemnožením řas, které mohou akumulovat toxické látky. To vede k těžkým otravám lidí a zvířat. Biologové se snaží nejen odstranit příčiny poškození řas, ale také najít druhy řas vhodné pro použití v biotechnologiích. Galina Belyakova, kandidátka biologických věd, zástupkyně děkana Fakulty biologie Moskevské státní univerzity, hovoří o tom, jak mohou být řasy nebezpečné a jak mohou být užitečné.
Mluví s ní Olga Orlová a Alexander Markov.
Olga Orlová: Galino Alekseevno, řekněte nám prosím o fenoménu „rudých přílivů“, s čím souvisí, proč se tím teď tak zabýváte?
Galina Beljaková: Faktem je, že „červené přílivy“ jsou způsobeny řasami, které patří do oddělení denofytních řas. Charakteristické pro ně je, že jsou schopny nejen se fotosyntetizovat, ale také spotřebovávat organické látky. Díky tomu mají oproti jiným organismům výhody ve vodách, kde jsou vody znečištěné organickými sloučeninami, ve velkém se mohou vyvíjet denofytní řasy.
Alexander Markov: Jsou to jednobuněčné řasy?
Galina Beljaková: Ano, jsou to jednobuněčné organismy, které plavou ve vodním sloupci. Název denofyty pochází ze skutečnosti, že plavou při otáčení. „Dinos“ znamená rotaci. Když plavou, otáčejí se kolem své osy. Takže tato dinofytní řasa je tak velmi unikátní skupinou mezi řasami. Za prvé, z cytologického hlediska je jejich buňka strukturována velmi jedinečným způsobem, má jedinečné jádro, jedinečné dělení, jádro, které se nenachází v žádném eukaryotu. Jeden čas se dokonce myslelo, že toto jádro je mezerou mezi prokaryotickými organismy a skutečnými eukaryotickými organismy. Pak se rozhodli, že se jedná o skutečné eukaryotické jádro. Ale tyto denofytní řasy jsou v přírodě velmi důležitou skupinou díky své roli. Zaprvé, jak se symbionti dostávají do korálů tvořících útesy. A všechny tyto systémy existují právě díky těmto řasám.
Alexander Markov: Žijí uvnitř korálových polypů.
Galina Beljaková: Skutečnost, že zooxantely jsou přesně to, o čem mluvíme, jsou dinofytní řasy. To je jeden jev, který je pro ně charakteristický. Druhým jevem je, že vodní záři často způsobují řasy z této skupiny. Přinejmenším, pokud půjdete do Černého moře a uvidíte, jak voda v noci září, důvodem tohoto květu v Černém moři jsou denofytní řasy, rusky nazývané raysvetka. Říká to sám název.
Olga Orlová: Je to známka ekologické nerovnováhy?
Galina Beljaková: Vodní záře – ne. Ale když jsou “červené přílivy”, spojené s tím, že tyto řasy vylučují toxiny a tyto toxiny se mohou uvolňovat na jedné straně do vody a na druhé straně se hromadí ve filtrech, které filtrují vodu, zvířata je hromadí. toxiny v jejich tělech mořských řas
Alexander Markov: Mušle, například ústřice.
Galina Beljaková: A právě to je spojeno s úmrtími, která jsou každoročně zaznamenávána po celém světě v důsledku konzumace mořských plodů kontaminovaných toxiny z řas.
Olga Orlová: To znamená, že tyto mořské plody byly uloveny v oblastech s červeným přílivem. Proč se jim tak říká – červené?
Galina Beljaková: Protože voda opravdu zčervená díky tomu, že v karatenoidních buňkách je hodně pigmentů a buňky jsou takové červenohnědé barvy. Ale červený příliv není vždy červený. Obecně platí, že „červený příliv“ je masivní rozvoj dinofytních řas.
Olga Orlová: To znamená, že je to spíše termín.
Galina Beljaková: Spíš termín. Barva vody není vždy červená a to způsobí, že se v této vodě zaregistrují toxiny. Tvorba toxinů není vždy specifickou charakteristikou, ale souvisí s podmínkami a kmenem řas. Pokud mluvíme o naší zemi, v Černém moři v posledních letech došlo například k „rudému odlivu“ v regionu Gelendzhik. Na druhou stranu, množství toxinů, které tyto kmeny produkují, nepřekračuje dávku, kdy se můžete obávat, že na těchto plantážích, kde se pěstují mušle nebo ropany, budou tato zvířata infikována dostatečnou koncentrací toxinů, která způsobí druh onemocnění u lidí. I když těmito „rudými přílivy“ netrpí jen lidé. Když se velryby vyplaví na pláž a delfíni zemřou, věří se, že toxiny uvolněné těmito řasami se vyplavují do vody. Faktem je, že mají několik druhů toxinů. Existují toxiny, které několikanásobně převyšují účinek jedu kurare a ovlivňují nervový systém, svalový systém, způsobují zástavu dechu a poškození nervového systému. Existuje mnoho, poměrně velká skupina toxinů, které jsou produkovány dinofytními řasami.
Alexander Markov: Zbláznili se z toho velryby i delfíni?
Galina Beljaková: Ztrácejí orientaci.
Alexander Markov: Ale řasy to dělají, pravděpodobně, ne úmyslně.
Galina Beljaková: Ne, jsou neúmyslné. Ale bohužel, člověče, pokud dojde k dalšímu organickému znečištění pobřežních vod, umožní to masový rozvoj dinofytních řas. Navíc během svého životního cyklu mohou tvořit cysty, které mohou několik let zůstat nečinné a poté za příznivých podmínek vyklíčit a způsobit propuknutí.
Olga Orlová: Galino Alekseevno, není to tak dávno, co se ve zprávách z Číny objevily zprávy o bohatých červených přílivech v pobřežní zóně. Ale tam byl tento jev, jak hlásí čínští ekologové, spojen se znečištěním sladké vody, tedy se špinavou odpadní vodou v řekách. A kde, v jakých vodních plochách se tyto dinofytní řasy šíří a kde jsou v Rusku pozorovány?
Galina Beljaková: V Japonském moři jsou takové „červené přílivy“ zaznamenány. Řasy žijí ve sladké vodě, ale pro zbarvení sladké vody do červena existují i jiné důvody. Za prvé, některé řasy, existují druhy, které hromadí hodně kartenoidů. Existuje druh, který způsobuje červené kvetení v kalužích. Stejné chlamydomonas, například, může způsobit červené květy ve sněhu. Existuje druh chlamydomonas snowy, který způsobuje kvetení ledovců v horách. Tedy zelené řasy, které hromadí velké množství kartenoidů. Důvodem je například to, odkud pochází název Rudé moře. Je tam sinice, je zbarvená do červena. V jeho masivním vývoji byly vody červené, odtud název Rudé moře. Ale dinofyty nejsou příčinou takových červených přílivů ve sladkých vodních útvarech, koneckonců mluvíme o dinofytech, které žijí v mořích. Ve sladkých vodách jsou hlavními původci takových onemocnění spojených s tvorbou a vstupem toxinů sinice. Mimochodem, existují dinofyty a jsou sinice, které mají běžné toxiny, stejný a stejný účinek.
Alexander Markov: Cyanobakterie jsou s největší pravděpodobností zelené přílivy.
Galina Beljaková: Rudé moře je červené kvůli sinicím.
Olga Orlová: Galino Alekseevno, pojďme mluvit o rozsivě, hrají obrovskou roli v životech lidí a v biosféře obecně. Co je to za jednobuněčné organismy, které, jak se říká, i každý druhý doušek, který člověk vypije, je spojen s rozsivou?
Galina Beljaková: Není to jen takový objekt, hraje obrovskou roli v biosféře, polovinu vyprodukovaného kyslíku tvoří rozsivky. Nacházejí se všude, po celé zeměkouli, ve všech vodních plochách a v půdě, nejen ve vodě. Ale jejich schránka se skládá z oxidu křemičitého, říká se jim drahé kameny moří. Protože překlad je skvost. Mají buněčnou stěnu, na které je nahoře křemičitá skořápka, jako sklo. A mimochodem, velmi málo z kompletního genomu řasy bylo sekvenováno a podle mého názoru byl třetí nebo čtvrtý genom sekvenován v jednom z rozsivek, a to nesouvisí s ničím jiným, než s hledáním, jak využít rozsivka v nanotechnologii k získání materiálů s obsahem křemíku. K tomu slouží houbičky. Nyní oblíbený předmět nanotechnologie. Existuje spousta prací o využití rozsivek v technice. Protože pazourek je počítačová technologie, jedná se o zpracování.
Alexander Markov: Posluchačům rádia, kteří neviděli rozsivky, je třeba vysvětlit, že při velkém zvětšení je to úžasný pohled, extrémně jemný, tyto skleněné mušle.
Galina Beljaková: Vidíte, dobrá věc je, že tato krabice má určité specifické architektonické vlastnosti. A pokud dostanete příležitost syntetizovat nový ventil, bude úplně stejný jako ten rodičovský, se stejnými otvory na stejných místech. Zde můžete získat malinký čip s danými vlastnostmi. A v nanotechnologiích existují práce, které se snaží vyrobit místo křemíku jiné prvky a získat například titanovou klapku.
Alexander Markov: Takže rozsivka ze sebe dělá titanový rám.
Galina Beljaková: A to s danými vlastnostmi.
Olga Orlová: Kde žijí?
Galina Beljaková: Rozsivky žijí všude. Jakákoli vodní plocha, kterou si vezmete, louže, moře, řeka, všude budou rozsivky. Existují rozsivky, které žijí ve sladké vodě, a rozsivky, které žijí ve slané vodě.
Olga Orlová: To znamená, že náš zdroj bionanotechnologií je kolem nás?
Galina Beljaková: Tento zdroj již byl ve skutečnosti vybrán. Právě teď probíhá spousta práce.
Olga Orlová: Existují v Rusku nějaké laboratoře nebo vědecké ústavy zabývající se podobným výzkumem?
Galina Beljaková: Ano. Nedávno jsem viděl takovou sbírku Akademie věd Dálného východu a byla tam práce o rozsivecích.
Olga Orlová: Byly studovány jejich vlastnosti?
Galina Beljaková: Právě jako možnost využití biologické syntézy na bázi oxidu křemičitého. Navíc říkám, že genom byl sekvenován, a to přesně souvisí s tím, co proteiny hledaly. Je velmi zajímavé, jak se oxid křemičitý dostává do buňky rozsivky, která jí neumožňuje okamžitě polymerovat. Buňku ale neucpává, neničí, ale v takovém množství, že by zde měla polymerovat. A buňka si z něj nakonec vybuduje svůj vlastní obal, který pak vyloučí navrch svého těla.
Alexander Markov: Pro živé organismy je poměrně neobvyklé mít kostru vyrobenou ze skla, vyrobenou z oxidu křemičitého. Většina staví z jiných materiálů, hlavně z uhličitanu vápenatého nebo fosforečnanu vápenatého, jako je ten náš. A tito lidé se naučili pracovat s oxidem křemičitým.
Galina Beljaková: Nejen, že se samozřejmě naučili pracovat s oxidem křemičitým, krásně fotosyntetizují a produkují kyslík ve velkém.
Olga Orlová: Proč se to stalo, proč potřebovali oxid křemičitý, proč je normální, že jako lidé nepoužívají vápník?
Galina Beljaková: Když bylo ve vodě hodně siliky, bylo to jen příznivé. A jsou tam ložiska materiálu zvaného diatomit – to jsou jen chlopně rozsivek. Někdo ho používá pro výpočetní techniku, jiný ve stavebnictví. Říká se, že kopule katedrály Hagia Sophia v Istanbulu je vyrobena z diatomitu, že má takové vlastnosti, že akustika je pro tuto katedrálu vynikající. A na druhou stranu zubní pasty, které mají bělící účinek, velmi často používají jako brusný materiál rozsikové klapky, jako brusný materiál se používají i rozsivací klapky.
Olga Orlová: Možná si ještě vzpomenete na zajímavé příklady biotechnologie související s řasami?
Galina Beljaková: V dnešní době je velmi oblíbeným příkladem hledání zdrojů paliva. S řasami se hodně pracuje, produkují z řas metan. A v kultuře s mikroskopickými řasami k produkci metanu při zpracování. Práce probíhají po celém světě i u nás.
Světlo, které dopadá na dno oceánu, není stejné jako bílé světlo, které dopadá na rostliny na souši. Fotosyntetické řasy vyvinuly různé pigmenty k využití sluneční energie na dně oceánu. Jedná se o červené, fialové a hnědé pigmenty, na rozdíl od zelených řas, které lze vidět na souši a blíže k povrchu.
Je univerzální pravdou, že všechny rostliny jsou zelené. že jo?
Koneckonců, potřebují chlorofyl, aby jim pomohl při fotosyntéze k výrobě tohoto lahodného a esenciálního cukru. Pigment chlorofyl je zelený, takže všechny rostliny na světě musí být zelené.
Ve skutečnosti to není pravda!
Některé z vůbec prvních rostlin na Zemi se objevily v oceánu. Jsou známé jako sinice, nebo častěji modrozelené řasy. Právě v oceánu se řasy staly tak rozmanitými a vyvíjely se mnoha různými směry: hnědé, červené, fialové a dokonce fluorescenční!
Otázkou je, jak se fotosyntetizují, když jsou červené? Co je dělá červenými nebo hnědými?
Co dává předmětům barvu?
Když světlo dopadá na objekt, dělá jednu ze dvou věcí: buď se odráží, nebo absorbuje. Když se světlo odráží, vyzařuje určitou barvu. Barva, kterou vidíte, je barva, která se odráží, když světlo dopadne na objekt.
Barva předmětu také závisí na tom, jaké barvy absorbuje. Nejlépe se to vysvětluje na příkladu. Zvažte listy na stromě. Jsou zelené a každý ví, že je to kvůli chlorofylu. Bílé světlo (směs všech barev) dopadá na list. Chlorofyl v listech absorbuje modré a červené světlo a odráží zelené.
Aby se tedy objekt jevil jako červený, jako naše hlubinné řasy, musí absorbovat zelené a modré světlo a odrážet červenou. Co přesně však způsobuje, že absorbují modré a zelené světlo? Voda má své vlastní vlastnosti chování, když jí prochází světlo.
Proč červené řasy potřebují modré světlo?
Voda v oceánech absorbuje červené světlo rychleji než jiné barvy, zejména modrá. Všechno modré světlo se odráží zpět, a proto se oceány zdají modré.
To znamená, že světelná energie, kterou mohou rostliny v této hloubce využít, je modré světlo! Nemohou však používat jen běžný chlorofyl, tak co ještě používají?
Fotosyntéza v hlubokých vodách
Zelené rostliny používají dva typy chlorofylu. Chlorofyl a absorbuje modré a oranžovo-žluté světlo. Druhým pigmentem je chlorofyl b, který pohlcuje modré a červené světlo. Když se podíváte na barevné spektrum, zbývá už jen jedna barva: zelená!
Úžasné je, že tyto červené řasy obsahují chlorofyl a. To znamená, že jeden pigment absorbuje modré a oranžovo-žluté světlo, ale energie, kterou z toho získají, nestačí na výrobu potravy.
Místo chlorofylu b mají zajímavou rodinu pigmentů nazývaných fykoerytriny.
Fykoerythriny jsou skupinou červených fotosyntetických pigmentů. Jak už asi tušíte, jsou červené, protože pohlcují modré a zelené světlo.
To, že jsou pigmenty červené, není to nejzajímavější. Na rozdíl od většiny rostlin, které se při využívání sluneční energie spoléhají především na chlorofyl, červené řasy používají jako hlavní fotosyntetické pigmenty fykoerytriny. Ve skutečnosti podle této studie může být množství fykoerythrinu v těchto rostlinách pětkrát větší než chlorofyl.
To má také zajímavý vliv na produkt jejich fotosyntézy.
Různé pigmenty, různé produkty
Přítomnost různých pigmentů dokonce ovlivňuje typ potravy, kterou mohou červené řasy produkovat. V rostlinách se potrava ukládá na povrchu ve formě škrobu. Všichni jsme slyšeli o škrobu, o kterém je známo, že se ve velkém nachází v bramborách. Mnoho molekul glukózy se spojí do velmi velkého řetězce, což vede ke škrobovým granulím.
Červené řasy ukládají svou potravu ve formě floridského škrobu. Tento škrob dostal své jméno, protože byl nalezen v rodině řas nalezených pouze na Floridě v USA. Floridský škrob je také dlouhý řetězec molekul glukózy. Rozdíl spočívá v uspořádání vazeb mezi molekulami glukózy.
Život na naší planetě se přizpůsobil mnoha zajímavými a jedinečnými způsoby. Červené řasy jsou toho skvělým příkladem. Daří se jim přežít a vzkvétat na místech, která nikdo nepovažuje za možná.
Ve snaze dobýt nemožné podmínky si vyvinou neuvěřitelné adaptace. V našem přírodním světě je mnohem více, než co vidíme, a když jej prozkoumáme, objevíme mnoho zajímavých věcí, jako jsou rostliny, které jsou červené!
