Когда океан «зацветает». "В мире науки" №3

Слово «цветение» мы берем в кавычки, поскольку микроводоросли в буквальном смысле не цветут, но их массовое развитие, часто сопровождаемое изменением цвета воды, принято называть «вредоносное "цветение"». В этом году таких масштабных событий, как в 2020 г., не было, в том числе и в районе Камчатки. В российских акваториях вредоносное «цветение» было в районе Южных Курил — вокруг островов Малой Курильской гряды, Кунашира и Итурупа, а вот у наших японских соседей было масштабное «цветение» у восточного побережья Хоккайдо. Был нанесен большой ущерб плантациям по выращиванию морских ежей и лососевым фермам. Вредоносное «цветение» тоже было вызвано динофлагеллятами из рода Karenia. Это произошло осенью 2021 г.

— Карен Пинчин пишет в своей статье, что коренные народы Аляски стараются сами справляться с этой проблемой. Как обстоят дела у нас?

— Эта тема мне кажется очень важной, потому что коренные народы, живущие на побережье океана, зависят от морепродукции. В масштабном промышленном производстве задействованы научные мощности по контролю токсикологической безопасности продукции морского происхождения. У коренных народностей этих возможностей нет, поэтому до сих пор случаются эпизоды отравлений токсинами морских микроводорослей.

При этом коренные народы Аляски, понимая, что доставить живые или даже легкой заморозки морепродукты в ведущие лаборатории достаточно сложно, тем не менее, стараются это делать. Жители этих мест пытаются организовывать в рамках своих племенных союзов небольшие лаборатории, ставят оборудование для оперативного иммуноферментного анализа, то есть могут получать первичную информацию, которая может насторожить, и принять ограничительные меры — не выходить во время отлива на обнажающееся морское дно, не копать моллюсков. Хотя эта традиция насчитывает многие сотни лет, когда люди семьями, с детьми выходят на добычу моллюсков. По пузырькам определяют, где сидят зарывшиеся моллюски, и выкапывают их. Например, один большой моллюск гуидак вполне может обеспечить семейный ужин.

Проблемы с токсикологической безопасностью существуют и на нашем Тихоокеанском побережье. Кстати, камчатский пример продемонстрировал неподготовленность нашего населения, недостаток информации и даже неготовность медицины быстро реагировать, распознавать причину недомоганий, отмеченных у людей, которые занимались спортом в акватории или прогуливались по побережью во время вредоносного «цветения» микроводорослей.

Из статьи Карен Пинчин очень интересно было узнать, как такая работа — назовем ее экологическим просвещением — организована на американском побережье, когда общины коренных народов по дистанционным каналам связи устанавливают постоянные контакты с ведущими научными лабораториями, консультируются с учеными и сами осуществляют необходимый мониторинг. Вовлечение в такой мониторинг волонтеров — очень важный момент. О нем, кстати, говорил профессор Дональд Андерсон, ведущий американский специалист по проблематике «красных приливов», на международном вебинаре, организованном Российской академией наук в декабре 2020 г. по итогам исследований камчатского инцидента. В вебинаре участвовали российские, американские, японские, китайские и южнокорейские ученые, которые высказали единодушное мнение о естественных причинах этого масштабного явления.

Массовое «цветение» динофлагеллят из рода Karenia у побережья Хоккайдо в октябре 
2021 г. (слева). Массовая гибель морских ежей 
в результате «цветения» динофлагеллят из рода Karenia у побережья Хоккайдо в октябре 2021 г. (вверху). Предоставлено Университетом Хоккайдо / Provided by Hokkaido University

— Международное сотрудничество, наверное, очень полезно в этой ситуации. Прежде всего, важно регулярно проводить мониторинг берегов?

— Мы сотрудничаем. И одним из итоговых заключений совместного вебинара, о котором я упомянул, было решение сотрудничать более тесно — информировать друг друга, проводить совместные лабораторные исследования и научные мероприятия по этому направлению морских исследований.

Что касается мониторинга, в американских прибрежных штатах на Западном и Восточном побережье он осуществляется достаточно регулярно, независимо от того, есть внешние проявления этих вредоносных «цветений» или нет. Мы ведь можем и не видеть явных признаков, но токсины в воде появляются. Этот мониторинг в некоторых штатах проводится еженедельно. Но для побережья Аляски, как отмечает автор статьи, организация такого мониторинга — большая проблема.

На побережье, где довольно мало или вообще нет постоянного населения, а это огромное пространство как на побережье Аляски, так и у нас на Чукотке и Камчатке, любые источники информации приобретают особую ценность. Мы солидарны в том, что проблематика общая.

Если посмотреть на северную часть Тихого океана, на Берингово море, его акватория сходится к узкому Берингову проливу, где мы и Соединенные Штаты Америки находимся очень близко друг к другу. Когда вредоносное «цветение» происходит на севере Аляски, оно затрагивает и российские сопредельные воды. Система течений выносит микроводоросли через Берингов пролив и в акваторию Чукотского моря, это тоже сопредельные акватории между Россией и США. Все чаще и чаще масштабное вредоносное «цветение» отмечается и вдоль северного побережья Аляски, и, соответственно, у нас на северном побережье Чукотского полуострова. Сейчас, кстати, эти масштабные явления отмечаются и в Арктике. В этом вопросе очень важно сотрудничать с американскими коллегами. И мы сотрудничаем.

У Дальневосточного отделения РАН развивается взаимодействие с японскими коллегами, потому что у нас тоже есть сопредельные акватории. Я уже говорил, что, когда было «цветение» воды в конце 2021 г., оно затронуло и юг российских акваторий, и японские акватории в районе острова Хоккайдо. Началось это в середине сентября и продолжалось до конца октября, то есть тоже примерно два месяца, как это было на Камчатке, и виды токсичных микроводорослей те же самые. В конце ноября 2021 г. мы получили запрос из Генерального консульства Японии во Владивостоке с просьбой поделиться информацией, не происходило ли что-то в 2021 г. в российских акваториях, в том числе на Камчатке, поскольку для японских коллег «цветение» у побережья Хоккайдо было большой неожиданностью. Для Хоккайдо такие масштабные «красные приливы» — достаточно редкое явление. Японские коллеги ожидают, что их частота может увеличиться.

— А когда впервые был отмечен этот феномен?

— Это было всегда, но документальные источники относятся к XVIII в., когда эти акватории активно осваивались, есть свидетельства гибели моряков, путешественников, охотников, землепроходцев, которые использовали в пищу моллюсков. Так, например, глава Русской Америки А.А. Баранов писал в июле 1799 г., что от отравления моллюсками в районе Ситки за два часа погибли 115 охотников-туземцев — кадьякцев и пугачей, а некоторое время спустя умерли еще 20 охотников. И таких примеров немало.

Как я уже говорил, в результате климатических изменений в конце XX — начале XXI в. частота и масштабность «красных приливов» существенно возросли. В наших водах, если посмотреть последние лет 40, когда наш Национальный научный центр морской биологии им. А.В. Жирмунского ДВО РАН ведет мониторинговые работы и документирует эти наблюдения, это кратное увеличение.

— Андрей Владимирович, как вы считаете, у таких явлений исключительно природные причины или есть антропогенные? Под силу ли человеку нанести такой страшный вред океану?

— Это, конечно, явление природное, а его динамика связана с климатическими изменениями. А уже с чем связаны климатические изменения — это другой вопрос, здесь есть разные точки зрения. Безусловно, антропогенный вклад имеет место, а вот масштаб или определяющая роль этого вклада до сих пор остаются, по крайней мере в научном сообществе, дискуссионными, поскольку климатические изменения в истории планеты происходили всегда и могут быть инициированы целым рядом естественных факторов, например активностью Солнца, наклоном оси вращения Земли и многими другими.

Но то, что скорость климатических изменений возрастает именно в последнее время, когда активность человека наиболее выражена, позволяет связывать их и с антропогенным фактором. Если представить весы в равновесном состоянии, независимо от того, какой груз на их чашах, достаточно бросить одно перышко, чтобы весы вышли из этого равновесия и начали раскачиваться. Антропогенный вклад, на мой взгляд, и есть это перышко, которое, возможно, привело к разбалансировке современного климата.

— Есть ли угроза для человечества в целом от подобных явлений, тем более если они учащаются?

— Если мы о «красных приливах», думаю, угрозы человечеству нет. Мы знаем, как вести мониторинг, можем идентифицировать многие (не все) эти токсины. Разрабатываются методы экспресс-диагностики. Но нужно четкое регулирование, когда продукция морского происхождения проходит проверку на токсикологическую безопасность. Это вполне достижимо. Просто на это сейчас нужно обращать больше внимания, чем, допустим, 50-60 лет назад, когда подобная проблематика была менее выраженной. Угрозы человечеству, безусловно, нет, поскольку даже в рамках его истории были периоды и локального потепления, и локального похолодания, а человечество вполне выживало в это время. Вопрос в другом.

Есть разные точки зрения. Климат поменялся из-за возрастания количества парниковых газов, или, наоборот, их количество возросло в результате климатических изменений. От ответа зависит, куда направить больше наших ограниченных ресурсов — бороться с климатом или адаптироваться к нему.

Конечно, негативное влияние на климат надо ограничивать, но бороться с явлением глобального потепления достаточно сложно и, на мой взгляд, менее актуально, чем решать другую проблему — проблему адаптации. Даже если мы сейчас в ущерб развитию экономики прекратим выбросы парниковых газов, реальных климатических изменений в другую сторону мы добьемся лет через 20. Климатическая система планеты очень инерционна.

А вот уже сейчас нужно решать задачи, связанные с сокращением зоны вечной мерзлоты, изменением ледового покрова. Я уже говорил, что климатические изменения приводят к разбалансировке. Например, в Арктике, где в целом происходит сокращение ледового покрова, в прошлом, 2021 г. ледовый покров был достаточно значительный и ряд проливов был забит льдом. Некоторые наши экспедиции даже не могли выйти в запланированные районы работ. Если мы говорим о потеплении климата, это не значит, что мы будем ходить в шортах по побережью Северного Ледовитого океана.

Природа в конечном итоге компенсирует эту разбалансировку, неминуемо придет время и локальных, и глобальных похолоданий. Еще раз повторю: никакой угрозы человечеству эти явления не несут. Важно знать, что можно делать в определенное время, а что нельзя. Для того, чтобы давать ответы на такие вопросы, и существует научное сообщество.

— Расскажите, пожалуйста, о микроводорослях. Зачем они нужны в природе?

— Мы с вами говорим о микроводорослях, которые представляют собой часть фитопланктона Мирового океана. Это маленькие одноклеточные организмы, многие из которых имеют жгутики и могут плавать активно, а другие виды просто парят в воде и пассивно переносятся течениями.

Это важнейший компонент экосистемы океана, потому что микроводоросли ответственны за образование первичной продукции. Как зеленые растения на суше на свету в результате процесса фотосинтеза синтезируют органическое вещество, забирая углерод из углекислого газа, так и в океане микроводоросли за счет процесса фотосинтеза производят первичную продукцию, от которой начинаются все основные пищевые цепочки. Не было бы их — не было бы ничего. Эти микроводоросли потребляет зоопланктон, например мелкие рачки, а ими питается мелкая рыба, которой в свою очередь питается крупная рыба, дальше идут морские млекопитающие и т.д. И первичная продукция в Мировом океане по своему объему и значению отнюдь не меньше первичной продукции на суше. А если учитывать объемы Мирового океана, то даже больше.

В процессе фотосинтеза выделяется кислород. И если мы говорим, что наши леса — это легкие планеты, потому что они не только обеспечивают сток углекислого газа, но и выделяют кислород, точно так же можно сказать, что многие наши моря, давая большую первичную продукцию и одновременно выделяя огромное количество кислорода, выступают как жабры нашей планеты. Это ответ на вопрос о роли микроводорослей в природе.

— Все ли виды микроводорослей несут опасность?

— Микроводорослей тысячи видов, и сотни из них способны вырабатывать самые разные токсины. Одни токсины действуют на холоднокровных животных, на беспозвоночных и рыб, другие — только на теплокровных, на морских млекопитающих, на человека. И токсины эти очень разные по структуре и механизму воздействия. Если мы говорим о динофлагеллятах, в наших дальневосточных морях самые опасные — представители рода Александриум. В статье Карен Пинчин упомянуты Alexandrium catenella, цисты которых в огромном количестве находят в грунте и в Беринговом, и в Чукотском морях. Karenia, которая «цвела» на Камчатке и в Японии, — тоже представитель динофлагеллят.

Представители рода Alexandrium продуцируют сакситоксин — токсин нервно-паралитического действия. В результате поражения этим токсином могут происходить различные нарушения нервной системы: параличи, спазмы дыхательных мышц и т.д.

Есть токсины, вызывающие амнезийный синдром, например производные домоевой кислоты, продуцируемые представителями диатомовых микроводорослей из рода Псевдонитцшия (Pseudomitzschia). Когда эти токсины попадают в теплокровное животное или человека, они всасываются из кишечника в кровь, разносятся по всему организму и, преодолевая гематоэнцефалический барьер, попадают в мозг, вызывая поражение его определенных участков. Животное или человек теряют ориентацию в пространстве, развивается амнезия. От нейропаралитических и амнезийных токсинов, например, нередко гибнут морские львы и моржи. Это наиболее опасные для теплокровных токсины.

Диарейные токсины, часто вызывающие расстройство кишечника, — это производные окадаевой кислоты, которую продуцируют микроводоросли из рода Динофизис (Dinophysis), это тоже динофлагелляты. Эти токсины менее опасны, они нередко встречаются в моллюсках из наших дальневосточных морей. Довольно опасные токсины продуцируют цианобактерии, самые массовые представители морского фитопланктона.

На самом деле существует достаточно много групп токсинов, современная наука не все из них может идентифицировать. Знаем, что они есть, примерно видим их действие, но расшифровать и разработать средства их идентификации пока не можем, это требует времени. Токсины микроводорослей можно обнаружить иммуноферментными, хроматографическими и спектроскопическими методами исследований.

— Вы говорили, что люди в целом мало информированы о подобных явлениях, поэтому события на Камчатке стали таким шоком. Что-то изменилось с тех пор?

— После событий на Камчатке очень быстро появились научные статьи, связанные со спутниковым мониторингом этого феномена осенью 2020 г. А статьи с описанием тонких, в том числе молекулярных, механизмов воздействия токсинов на организмы, с анализом того, как разворачивается жизненный цикл микроводорослей, вызвавших эти события в прибрежных акваториях Камчатки, выходят только сейчас. Требуется время, чтобы вырастить такие микроводоросли, получить культуру клеток, провести генетические и химические исследования.

Хотя я должен сказать, что симптоматика, наблюдаемая у пациентов на Камчатке, связанная с «цветением» токсичных микроводорослей, описана в научной и медицинской литературе много лет назад.

Повторю, что статья Карен Пинчин интересна тем, что акцентирует внимание на возможности вовлечения обычных людей, которые живут на берегу моря и зависят от него, в то, чтобы, во-первых, участвовать в мониторинге «красных приливов», раз уж эти явления становятся все более частыми, во-вторых, в то, чтобы просвещать других людей.

Добыча морепродуктов — очень важная часть экономики и у нас на Дальнем Востоке. Морепродукты все больше и больше входят в наше питание, становятся популярными и в континентальных городах. Они полезны, это белковая пища, и мы можем сместить на них акцент с потребления мясной продукции. Сейчас все больше и больше сторонников такого поворота. Полиненасыщенные жирные кислоты, которыми богаты морепродукты, необходимы для полноценного функционирования нашего организма, в том числе для развития мозга.

Кстати, исторически, когда древнейшие люди выходили, как считается, из Африки, их миграционные пути во многом проходили вдоль побережий морей и океанов, и уже тогда наши предки были знакомы с морепродуктами, которые собирали во время отлива. С включением морепродуктов в диету древних людей некоторые исследователи связывают и более быстрое развитие мозга по сравнению с древнейшими предками с ограниченной диетой.

— Андрей Владимирович, океан дает кислород, пищу, а как насчет новых лекарств? Их поиск сегодня крайне актуален.

— Здесь можно говорить не о микроводорослях, а о многих морских организмах, в том числе глубоководных, которые продуцируют биологически активные соединения и могут стать источником новых лекарственных средств, в том числе противоопухолевых и антибактериальных препаратов. Плюс, конечно, морские бактерии. Они производят огромное разнообразие химических соединений, в том числе и токсичные, чтобы бороться за жизненное пространство с другими бактериями. Соответственно, можно подобрать такие химические соединения, которые будут убивать болезнетворных бактерий, то есть получить новые антибиотики.

Важно понимать, что в связи с учащением явлений вредоносного «цветения» нужно налаживать систему контроля токсикологической безопасности, но в то же время не бояться потреблять морепродукты, которые сегодня стали очень важной частью нашего рациона.

Фото слайд: М.В. Артемьев, медиаресурс «Камчатский репортер» (https://kamreporter.ru/)

Иллюстрации к статье предоставлены вице-президентом РАН Андреем Адриановым