Методические материалы, статьи

Пришел невод с травой морскою

Раз он в море закинул невод, —
Пришел невод с одною тиной.
Он в другой раз закинул невод, —
Пришел невод с травой морскою.
А.С. Пушкин

Этих существ причисляют к микробам. На самом деле, среди них есть двухсотметровые гиганты. Но самыми могущественными остаются мельчайшие представители этой группы — некогда они «сотворили» биосферу и оказали ключевое воздействие на ее фундамент, на продуцентов. Благодаря водорослям — речь ведь пойдет о них — возникла знакомая нам палитра природы: голубое небо, синее море, зеленая листва. Выделяя особые молекулы-регуляторы, водоросли дирижируют целыми экосистема-ми и, вероятно, самим ходом эволюции биосферы. Активно участвуя в современном экологическом кризисе, они могут стать как союзниками, так и опасными врагами человека…

1. Губительное спасение

Старик зря не брал содержимое невода. Сегодня мы знаем, что водоросли не менее значимы, чем Золотая рыбка. И не только для человека. Они вездесущи, они влиятельны. Собственно, они-то и «учредили» организацию под названием Биосфера.

Когда хозяевами Земли были древнейшие бактерии, ни о какой биосфере не могло быть и речи. Не существовало устойчивой «классической» экосистемы с ее продуцентами, консументами и редуцентами. Все было зыбко в ту Эпоху творения. Более трех миллиардов лет назад появившиеся неведомым путем прокариоты набросились, словно пираты, на питательный океанский рассол, на накопленную путем хемосинтеза органику. В скором времени этот «бульон» фактически прокис — и разразился первый экологический кризис. В растворе иссякла доступная органика и накопились кислоты.

Дело в том, что получение питания путем брожения сопровождается выбросом протонов во внешнюю среду — это и есть закисление. Именно протоны щиплют язык, когда пробуешь лимон. Двигаясь из области высоких концентраций, протоны устремлялись в бактериальную клетку и убивали ее. В такой среде жизнь, едва зародившись, оказалась под угрозой исчезновения. Живые клетки мог спасти механизм, выкачивающий протоны наружу. В то время было «изобретено» множество таких протонных насосов. Наиболее эффективные среди них использовали энергию световых лучей. Так возникли фотосинтезирующие организмы — сине-зеленые водоросли (или цианобактерии).

Фотосинтез — удивительное изобретение. В его основе лежит мощный насос, который выкачивает так много протонов, что часть их можно впустить обратно в клетку. Они возвращаются через особые каналы (АТФ-синтетазы) и приносят с собой массу энергии, которая и используется при получении АТФ. Потом полученная АТФ участвует в синтезе глюкозы. Говоря образным языком, фотосинтез — это когда избыток энергетической валюты позволяет оплачивать даже такую роскошь, как производство сахара «из спертого воздуха». Фотосинтез позволил «убить двух зайцев», борясь как с закислением, так и с недостатком питания. На Земле появились автотрофы, за счет которых выжили и живут по сей день большинство гетеротрофных организмов.

Если вначале фотосинтез спас жизнь на Земле, то затем едва не уничтожил ее. Дело в том, что «фабрика сахара» стала выделять ядовитый отход — кислород, который «сжигает», окисляет молекулярные структуры жизни (благодаря ему, например, хорошее яблоко темнеет на срезе). Разразился очередной экологический кризис. Это было примерно полтора миллиарда лет назад. Стали окисляться грунты и скалы. На океанское дно осели сотни метров ржавчины. Небо приобрело голубой цвет. Выживание организмов — странно сказать — зависело тогда от успеха борьбы с кислородом, который надо было нейтрализовать и не допустить до важных молекул (особенно до ферментов и ДНК).

Одним из средств борьбы с кислородом стали такие фундаментальные достижения Жизни, как окислительное фосфорилирование (результат дыхательных процессов в митохондриях) и сама эукариотическая клетка. Вся перевитая мембранами, с плотно упакованным и упрятанным в ядро геномом, она представляла собой настоящую крепость. Первые эукариотические клетки, вероятно, были чудовищами микромира, «проглотами», пожирающими бактерий. Некоторые бактерии внутри них не погибали, а становились паразитами или даже полезными сожителями. Полагают, что так возникли пластиды (причем предки бурых, красных и зеленых водорослей «проглотили» совершенно разные виды фотосинтезирующих организмов) и митохондрии (происходящие от «проглоченных» пурпурных бактерий).

Митохондрия стала мощным союзником в борьбе с окислителями — она обезвреживала кислород, да еще и с огромной энергетической выгодой. Теперь уже без этой выгоды клетка не могла существовать. Начался новый этап — борьба за кислород — в новой (и привычной для нас) биосфере, где «жить» неразрывно связано с «дышать».

Как видим, мельчайшие представители водорослей — цианобактерии — когда-то вначале возродили, а затем едва не уничтожили жизнь на Земле и вместе с тем вывели ее на новый виток эволюции — к развитию эукариот.

2. Брак по расчету

Хорошо известно, что водоросли предоставляют питание, кислород и убежище морским обитателям. Именно они делают океан главным регулятором баланса кислорода на планете и самым продуктивным пастбищем. Однако это их, так сказать, официальная роль. Существует и другое, не менее весомое влияние — посредством симбиоза.

Когда-то симбиотические водоросли, внедрившись в клетки эукариот, превратились в хлоропласты. Оказывается, подобное внедрение происходит и по сей день, да еще и в огромных масштабах. Так, цианобактерии проживают внутри самых разных организмов: амеб, жгутиконосцев, губок, растений, оомицетов, стрекающих. Они проникают и в клетки других водорослей — например, диатомей и даже других цианобактерий! При этом они теряют оболочку и функционируют как хлоропласты. Могут развиваться и на покровах животных, например, в шерсти белых медведей (впрочем, от этого она вряд ли становится слаще).

Кораллы, образующие «леса моря», — это целая пирамида зеленого симбиоза. С точки зрения систематики, кораллы — это животные, добропорядочные граждане царства Animalia. Однако основное питание коралловые полипы получают как растения — за счет фотосинтеза симбиотических водорослей зооксантелл. Интересно, что фотосинтез осуществляют не сами зооксантеллы, а цианобактерии, обитающие в их клетках. Примеров подобного «матрешечного» симбиоза в природе очень много.

Водоросли-сожители расцвечивают яркими красками ткани многих морских животных, особенно моллюсков. Голожаберные моллюски вступают в еще более необычный симбиоз: поедая зеленые водоросли, они извлекают из них хлоропласты и помещают их в клетки дыхательной полости (кстати, при поедании медуз они забирают в свое пользование их стрекательные клетки). На свету идет фотосинтез, причем так быстро, что кислорода образуется больше, чем расходуется моллюском.

Вопреки своему названию, водоросли обитают и на суше. Они есть в почве, песках пустыни, на деревьях, на скалах, в воздухе, причем на огромной высоте. Более того, именно водоросли становятся первопоселенцами суши, произрастая даже в самых суровых условиях — сами по себе или в виде комплекса с грибами, лишайника. Конечно, земная твердь уже с девонского периода завоевана высшими растениями — но не без помощи водорослей. Ибо сушу начали осваивать не просто предки растений, а «суперорганизмы», представляющие собой сплетение гриба и сложной зеленой водоросли с «приглашенными» хлоропластами внутри. Сегодняшние растения этот принцип повторяют — они существуют не как отдельные организмы, а в союзе с грибами и водорослями: их корни всегда оплетены микоризой и припорошены диатомеями, а покровы облепляют всяческие трантеполии, аэрококкусы, уснеи и, если можно так выразиться, прочая зелень и сине-зеленость.

3. Что в неводе?

Что же все-таки там, в тине и морской траве? Что полезного? Вроде бы нас выгоды симбиоза не касаются. Мы не в счет. Если вдруг зеленеем, то без всякой фотосинтетической пользы. Тем не менее косвенная связь есть — она, можно сказать, проявляется с самого утра. Вот завтрак. Зажегся газ — продукт распада древних водорослей. Все вкусное, что на столе, так или иначе происходит от продуцентов, от их поблескивающих хлоропластов. Автомобильные потоки начинают движение благодаря нефти, львиная доля которой образовалась из мертвых водорослей. А на работе — бумаги, неистребимые ворохи бумаг, проклеенных для прочности альгинатом…

В природе важная функция водорослей — очищение среды. Они поглощают токсичные вещества: ионы тяжелых металлов, радионуклиды. Фенолы, детергенты и пестициды. Аммоний и фосфаты. Мышьяк. В связанной малотоксичной форме все это переходит в донные отложения. Особенно велика роль клеточных стенок, которые действуют как ионообменные фильтры. А масса почвенных водорослей интенсивно поглощает минеральные вещества, препятствуя тем самым их вымыванию из почвы.

Через водоросли проходят значительные — в масштабе всей биосферы — потоки углерода, азота, кремния, галогенов, кальция. Почти три миллиарда лет цианобактерии захватывают кальций и осаждают его. Представьте, что будет, если взболтать в океане известковые отложения толщиной в сотни метров, и станет понятна роль водных организмов в консервации кальциевых соединений.

Цианобактерии способны фиксировать атмосферный азот, вовлекая его в биологический круговорот. Кстати, эта способность делает их естественным удобрением — особенно на затопляемых рисовых полях. До изобретения минеральных удобрений рис пестовали цианобактерии — и тем самым они фактически прокормили огромное население южных стран Азии, где рис был основным продуктом питания.

В 1970-1980-х годах в культуре водорослей видели средство от многих бед — от голода, болезней, избытка углекислоты в атмосфере. Все исправит хлорелла! Действительно, продуктивность микроводорослей гораздо выше, чем у любых посевных культур, ведь одноклеточные стремительно размножаются. Трудно представить себе дерево, которое увеличивалось бы вдвое за несколько дней — а водоросли на это вполне способны. Их можно выращивать в местах, не пригодных для земледелия. И получать сплошные витамины и микроэлементы. Почему же мы с вами до сих пор не едим хлореллу четырежды в день? Скорее всего, мешают ритуалы потребления (нам нужна привычная и уважаемая пища, «натурпродукт»), а также сложившаяся конъюнктура производства и сбыта пищевой продукции (понятно, что скрывается за этими словами). Впрочем, скорее всего водоросли «пробьются» — так же, как завоевывает популярность соя. И волна эта прибудет с востока.

На востоке водоросли издревле активно употреблялись в пищу (надо сказать, что там вообще чего только не ели). Особенно у японцев — это была пятая часть рациона. Кстати, во второй половине ХХ века многие японцы перешли от питания всякими морскими «побрякушками» к гамбургерам, попкорну, йогурту и прочим питательным блюдам американской кухни. Изменение диеты стало причиной того, что в Японии произошел один из самых резких в мире скачков акселерации. Однако организм воспротивился этому «коренному улучшению». Побочным следствием акселерации стал рост болезней обмена (особенно диабета) и сердечно-сосудистой системы, а также близорукости. Вместе с европейской едой и одеждой в Японии распространились очки и препараты инсулина.

Водоросли попадают нам на стол не только в виде банки морской капусты, но и опосредованно — через бифштекс. С давних пор их добавляют в корм домашних животных. В прибрежных районах скот регулярно выпускали пастись на литорали во время отлива. Известно, что многие животные хорошо чувствуют приближение отлива и прилива — и спешат отобедать или ретироваться. В Англии даже есть игра «Sheep and Tides» — где надо по поведению овец догадаться о начале прилива.

«Полезности» водорослей могут составить целую выставку хозяйственных достижений. Это удобрение — без семян сорняков и спор болезнетворных грибов. Это возможность для получения биогаза из отходов, а следовательно, альтернативный источник энергии. Это неоценимый ресурс промышленного сырья и лекарственных веществ. Но водоросли едва ли следует считать только добрыми друзьями — они могут нести болезни и смерть.

4. Теневое влияние светолюбивых

Подобно многим микроорганизмам, водоросли выделяют ядовитые вещества — для защиты и конкуренции. При массовых вспышках размножения эти вещества (среди которых есть сильнейшие нейротоксины) отравляют воду и убивают все живое. Наступает «красный прилив». В прибрежной зоне скапливаются трупы морских обитателей. Токсины отравляют не только воду, но и воздух. Вообще, морской раствор постоянно поступает в атмосферу — в виде аэрозоля, возникающего при «кипении» мириадов пузырьков. Обычно этот аэрозоль придает морскому воздуху целительные свойства. Но во время красного прилива (обычно еще и в страшную жару) морской воздух пропитывается ядом, и горячий ветер вызывает тяжелые нервные расстройства у людей.

Даже если нет красного прилива, токсины водорослей (особенно динофлагеллят) летом накапливаются в тканях моллюсков-фильтраторов. Поэтому так легко отравиться «дикими» мидиями и устрицами. Есть даже такое правило: можно пробовать устр-р-рицы только в те месяцы, название которых содержит букву «р».

Помимо токсинов, водоросли выделяют вещества, отпугивающие или привлекающие другие организмы. В почве они ускоряют рост проростков и корней. Фактически они осуществляют информационное воздействие на экосистемы. Оказывается, это воздействие, которое пока слабо изучено, поразительно велико — особенно со стороны цианобактерий.

Существуя на планете почти три миллиарда лет, цианобактерии сумели пережить многих конкурентов и многие кризисы. Иммунолог А.Я. Кульберг полагает, что их успех связан, помимо прочего, со способностью искусственно увеличивать собственное разнообразие. Цианобактерии выделяют особые вещества — протеогликаны, которые близки к факторам межклеточного взаимодействия (адгезии, распознавания). Протеогликаны стимулируют размножение клеток, увеличивают частоту мутаций и разрушают колонии — каждая клетка старается обрести самостоятельность. Эти следствия выгодны в меняющихся, неблагоприятных условиях — именно тогда и выбрасываются протеогликаны, то есть они, по существу, являются регуляторами приспособления. В необычно жаркие сезоны цианобактерии интенсивно размножаются, и если произойдет их массовая гибель (например, из-за выброса нефти, фенола или из-за быстрого похолодания), концентрация протеогликанов в воде резко повышается.

Но эти чертовы молекулы (так их буквально и называют — «пули дьявола») воздействуют и на прочие организмы, в том числе на людей, стимулируя все те же процессы: мутагенез, деление и разобщение клеток. Протеогликаны проникают сквозь очистные сооружения, и водопроводная вода начинает отдавать запахом «гниющих водорослей». Они внедряются в наш организм даже через кипяченую воду и аэрозоль. Главная их мишень — те клетки, которым присуще стремление к разнообразию, например, фибробласты (своим делением восстанавливающие повреждения тканей) и лимфоциты (ответственные за множественность ответов иммунной системы). Особенно страдают те лимфоциты, которые отвечают за уничтожение опухолевых клеток. А выключение противовирусной защиты активирует покоящиеся ретровирусы, что также ведет к раковым перерождениям. Так цианобактерии, словно в отместку за экологическое неблагополучие, незаметно повышают «статистику» онкологических и обменных болезней. Поэтому следствия глобального потепления, эвтрофикации водоемов и разрушения естественных морских сообществ могут оказаться гораздо сложнее и серьезнее для человечества.

Итак, выделяя биологические регуляторы, цианобактерии оказывают большое влияние на жизнь сообществ, особенно водных. Вероятно, они «дирижируют» биосферой не только в пространстве, но и во времени: повышая изменчивость геномов и ускоряя ход эволюции. Химическое влияние микроводорослей на другие организмы трудно отрицать, ведь они вездесущи: это внутренние и внешние симбионты, это основные обитатели водной среды. Может быть, признавая это влияние, мы приблизимся к решению сложной проблемы геохронологии — объяснению скорости эволюции. А проблема вот в чем: многие формы жизни на Земле развивались гораздо быстрее, чем это возможно при «нормальной» вероятности мутаций. Не исключено, что разгадка кроется в «теневом влиянии» незаметных существ — микроводорослей, подхлестывающих эволюционный процесс веществами-регуляторами.

Вот некоторые сведения об улове из того самого невода. Как известно, выбор тогда пал на Золотую рыбку, что не принесло семейному кооперативу «Старик & Старуха» никакой прибыли. Это урок: может быть, надо обратить гораздо больше внимания на «тину морскую»?

Александр Камнев, Кирилл Ефремов



См. также:
Как выигрывать в рулетку
Что такое социальные игры и есть ли они в клубе Вулкан
Нестандартные ситуации видео-покера и способы их решения
Лудомания: как делать ставки и не болеть ими
Секреты выигрышей в онлайн-казино
Любопытные факты об онлайн-казино,
о которых вы не знали

Amusement with Prizes – что это такое?
Несколько важных критериев при выборе пейнтбольного клуба
ПРОЕКТ
осуществляется
при поддержке

Окружной ресурсный центр информационных технологий (ОРЦИТ) СЗОУО г. Москвы Академия повышения квалификации и профессиональной переподготовки работников образования (АПКиППРО) АСКОН - разработчик САПР КОМПАС-3D. Группа компаний. Коломенский государственный педагогический институт (КГПИ) Информационные технологии в образовании. Международная конференция-выставка Издательский дом "СОЛОН-Пресс" Отраслевой фонд алгоритмов и программ ФГНУ "Государственный координационный центр информационных технологий" Еженедельник Издательского дома "1 сентября"  "Информатика" Московский  институт открытого образования (МИОО) Московский городской педагогический университет (МГПУ)
ГЛАВНАЯ
Участие вовсех направлениях олимпиады бесплатное

Номинант Примии Рунета 2007

Всероссийский Интернет-педсовет - 2005