Морские макрофитные водоросли и каннибализм трехиглой колюшки: в СПбГУ прошла Беломорская студенческая научная сессия — 2023

В рамках конференции доцент СПбГУ Елена Тараховская (кафедра физиологии и биохимии растений) выступила с докладом «Специфические метаболиты морских макрофитных водорослей: разнообразие, функции, прикладное значение».

Морские макрофитные водоросли являются представителями таксономических групп Rhodophyta, Chlorophyta и Phaeophyceae. В процессе своей жизнедеятельности они синтезируют и накапливают в клетках значительные количества специфических вторичных метаболитов — разнообразных низкомолекулярных и полимерных фенольных соединений, непротеиногенных аминокислот, терпенов, серосодержащих и галогенорганических соединений. Многие из подобных метаболитов задействованы в обеспечении химической защиты водорослей от паразитов, фитофагов и обрастателей. Кроме того, некоторые вторичные соединения являются мощными фотопротекторами и антиоксидантами.

Помимо защитных функций, специфические метаболиты могут использоваться водорослями в качестве запаса азота, дополнительных фотосинтетических пигментов, осмолитов и феромонов.

Большая часть этих веществ проявляет значительную биологическую активность, и в настоящее время в мире реализуются многочисленные проекты по исследованию вторичных метаболитов водорослей в прикладном плане: в качестве перспективных природных антибиотиков, антиоксидантов, противоопухолевых препаратов, влагоудерживающих агентов и биологически активных пищевых добавок.

Доцент СПбГУ Елена Тараховская (кафедра физиологии и биохимии растений)

Елена Тараховская подробно разобрала специфические метаболиты красных, бурых и зеленых водорослей. Так, для красных водорослей особенно характерно накопление бромфенолов и сесквитерпенов, обладающих сильным антибиотическим действием. Эти вещества синтезируются в клетках многих представителей семейства Rhodomelaceae (р. Laurencia, Rhodomela, Vertebrata). Гигартиновые красные водоросли накапливают уникальные непротеиногенные аминокислоты с высоким содержанием азота. Некоторые церамиевые водоросли синтезируют сильнейшие нейротоксины, каиноиды, а также серосодержащие соединения, являющиеся основным биогенным источником диметилсульфида в атмосфере Земли.

Проект Елены Тараховской выполняется при поддержке РНФ (грант № 22‑24‑20039) и СПбНФ (Соглашение № 35/2022).

Бурые водоросли известны прежде всего своими уникальными фенольными метаболитами, флоротаннинами. Содержание этих веществ в талломах некоторых видов (в частности, у представителей порядка Fucales) достигает 35 % сухой массы, что превышает содержание белка в клетках многих растений. Флоротаннины выполняют в клетках бурых водорослей множество физиологических функций, среди которых структурные, защитные, антиоксидантные, ранозаживляющие и морфогенетические.

Зеленые водоросли синтезируют и накапливают разнообразные специфические алкалоиды (каулерпин, рацемозин и другие) и терпены. С этой точки зрения особенно известны представители родов Ulva и Caulerpa, метаболиты которых проявляют значительную противоопухолевую и противовирусную активность.

В настоящее время детально исследована лишь малая часть вторичных метаболитов макроводорослей, и список этих интереснейших соединений постоянно пополняется, что может в перспективе привести к серьезным прорывам в области медицины и пищевой промышленности.

Доцент СПбГУ Елена Тараховская (кафедра физиологии и биохимии растений)

В свою очередь доцент СПбГУ Михаил Иванов (кафедра ихтиологии и гидробиологии) рассказал о каннибализме у трехиглой колюшки (Gasterosteus aculeatus L.) в Белом море, а также о том, что это дает популяции такой маленькой и колючей рыбки.

Как заметил докладчик, каннибализм широко распространен среди животных, в том числе и среди рыб. По его словам, у беломорской трехиглой колюшки неоднократно показана значительная доля собственной икры в питании во время нереста. Цель работы ученых кафедры ихтиологии и гидробиологии СПбГУ, а также кафедры эмбриологии СПбГУ — понять роль эмбрионального каннибализма для популяции беломорской трехиглой колюшки.

Колюшка — самая многочисленная рыба в Белом море, играющая ключевую роль в его экосистеме. Gasterosteus aculeatus L. отличается необычным брачным поведением: перед нерестом самец строит шарообразное гнездо, куда приглашает самок, чтобы они отложили икру. Обычно в гнездо откладывают кладки несколько самок. В процессе ухода за гнездом самец частично выедает икру, в первую очередь неоплодотворенную и больную, но также при необходимости и нормальную, в основном из младших кладок. Однако наиболее сильно каннибализм проявляют самки и самцы колюшки, не занятые в данный момент в нересте. Они нападают на гнездо стаей и полностью уничтожают кладку. В основном гнезда разоряются на ранних этапах существования.

«На разных типах нерестилищ мы оценивали численность колюшек (экз./м2) и количество гнезд (шт./м2). В гнездах затем определялось количество икры, стадии развития икринок и соответственно их возраст, доля поврежденных и неоплодотворенных икринок. Исходя из стадий развития икринок, определяли возраст гнезда и время, затраченное на его формирование. Для оценки каннибализма у самцов и самок колюшек оценивали: встречаемость колюшек, питающихся икрой, долю икры в желудке, количество икры, доли поврежденной и неоплодотворенной икры, соотношение стадий развития икры», — рассказал про методы исследования Михаил Иванов.

В результате работы ученым СПбГУ удалось выявить две разновидности эмбрионального каннибализма колюшки в Белом море:

• Каннибализм самца, охраняющего гнездо. Цель — очистка гнезда от ненужных икринок и восполнение энергии. По расчетам, икры в гнезде хватит и самцу на полноценное питание, и останется достаточно для пополнения популяции
• Каннибализм самок и самцов, не имеющих гнезд. Количество икры, приносимое колюшками на нерест в Белом море, избыточно. Исходя из численности колюшек на нерестилищах и плотности расположения гнезд, без каннибализма отнереститься удалось бы максимум 20 % колюшек. Каннибализм позволяет, с одной стороны, поддерживать высокое «нерестовое давление» — занимать все возможные для нереста биотопы, со второй — утилизировать внутри вида всю энергию, содержащуюся в икре и не пошедшую на воспроизводство потомства, с третьей — поддерживает очень жесткую внутривидовую конкуренцию на отбор самцов, сумевших защитить свое гнездо и вырастить потомство

Проект ученых СПбГУ выполняется при поддержке гранта РНФ 22‑24‑00956.

Авторы исследования отдельно выражают благодарность администрации УНБ СПбГУ «Беломорская» за возможность круглогодичной работы на Белом море. Подробнее о научной группе и ее работе можно прочитать на сайте проекта «Колюшка Белого моря и ее роль в экосистеме, или Рыбка моей мечты».

Конференция «Беломорская студенческая научная сессия СПбГУ» (БСНС) является площадкой, на которой молодые ученые могут поделиться результатами своих оригинальных исследований в дружелюбной атмосфере. Для студентов младших курсов БСНС является прекрасной возможностью попробовать свои силы в формате постерного или устного доклада и представить свои (даже самые первые) результаты.