Татьяна Орлова: Микроводоросли – это наше всё!

Море многих привлекает своей красотой, но за своей безмятежностью или волнением оно хранит в себе и множество опасностей. Например, токсичные микроводоросли. Несмотря на их микроразмер, они могут принести немало неприятностей. Каких? Нам рассказала Татьяна Юрьевна Орлова, руководитель Центра мониторинга вредоносных микроводорослей и биотоксичности прибрежных морских акваторий Дальнего Востока РФ.

Татьяна Юрьевна, многих россиян в начале октября обеспокоила ситуация на Камчатке. Ваш Центр как-то включался в расследование причин?

Безусловно. Хочу сразу пояснить, что наш Центр входит в структуру ЦКП «Морской биобанк» Национального научного центра Морской биологии Дальневосточного отделения РАН. Мы принадлежим к Российской академии наук. То, чем занимается Центр - это преимущественно прикладные вопросы. Но на самом деле, мы проводим фундаментальные исследования, в частности, моя лаборатория «Морской микробиоты» и ЦКП «Морской биобанк», которыми  я руковожу, занимаются изучением морских микроскопических водорослей, точнее фотосентизирующих микроорганизмов, которые могут быть ответственными за такое явление, как «красный прилив». Правильное название этого явления «вредоносное цветение водорослей – ВЦВ» или по-английски “Harmful algae blooms”. Кстати, ВЦВ может быть не обязательно красного цвета, пример - Камчатка.

О событиях на Камчатке я узнала из социальных сетей 3 октября. Район, конечно, был для меня необычным, потому что, как правило, в этом регионе мы регистрировали ВЦВ на побережье Берингова моря, либо непосредственно в Авачинской бухте. Это понятно, потому что оттуда у нас были пробы. А вот с восточного побережья Камчатки проб мы не получали…. Здесь открытое побережье, Тихий океан! Но даже первоначально информация, включая социальные сети позволяла мне сделать предположение о том, что это объект наших исследований. Напомню, мы занимаемся микроводорослями, которые можно увидеть только с помощью микроскопов!

Первоначально мы говорили про гимнодиальные водоросли (от лат. «Gymnodinium»). Потому что у нас не было данных, подтверждающих идентификацию вида, но по форме клетки выглядели как мягкотелые, что характерно для гимнодиниумов. Благодаря дальнейшим исследованиям с помощью современных  методов микроскопии и генетических исследований мы идентифицировали вид – «Karenia selliformis» как наиболее массовый представитель рода Karenia на восточном побережье Камчатки.

Это динофлагеллята, жгутиковая водоросль, обладающая  способностью к движению. И этот вид Карении, по нашему предположению, является основным виновником «цветения» на Камчатке. К нам поступали пробы за 4 октября, потом к нам пришли пробы за 7-е, 9-ое, за 12-ое… Масштабы исследования увеличивались, это и восточное побережье, и самая оконечность Камчатки. И везде мы находили этот организм, то есть не в одной точке, не в одной пробе. Это многочисленные данные. Что происходило до 4 октября – сложно сказать, мы можем только предполагать. Как описывает события наша коллега из КамчатНИРО, Екатерина Лепская, 22 сентября этот вид в массе уже встречался у берегов Камчатки.

А сейчас как-то продолжаются отборы проб на той территории? И можно ли сказать, что микроводорослей именно того вида становится намного меньше, или наоборот, их становится всё больше? 

Исследования ведутся. Например, уже в конце октября мне пришла информация, опять же из КамчатНИРО, что концентрация этого объекта – Карении – не столь высокая. Очевидцы указывали, что вода опять немного пожелтела. Концентрация… я не знаю, что вам говорят цифры, около 12 тысяч клеток в литре этого объекта. Цветение – это когда концентрация клеток в литре воды составляет сотни тысяч клеток. Сейчас в воде Камчатки этого вида немного, но он продолжает присутствовать. Самое интересное, что нам сейчас предстоит сделать – это проанализировать морские поверхностные осадки.

Динофлагелляты в период «красного прилива» присутствуют в воде в огромных количествах, но они не всё время находятся в толще воды. Красный прилив заканчивается, и они куда-то исчезают. После «цветения» вся биомасса начинает перерабатываться океаном: клетки разрушаются, включаются в пищевые цепи, перерабатываются, но часть клеток оседает на дно, где они остаются на «зимовку». То есть микроводоросли (включая и динофлагеллят), как и большинство растений на планете, после вегетации формируют так называемые семена, покоящиеся стадии или цисты. Чтобы пережить неблагоприятный период и вновь дать цветение на следующий год. Цистам надо найти подходящее для этого место. Надо не просто осесть на дно, а избежать захоронения, оказаться в уютном местечке, где тебя не съедят, и ты не окажешься вынесенным в глубины океана, откуда тебе уже не выбраться. Как правило, цисты сосредотачиваются на специальных участках морского дна, где накапливается оседающий материал в результате замкнутой циркуляции воды. Эти места концентрации цист (семян) разных организмов, разных водорослей представляют собой так называемые «ясли». В этих «яслях» цисты могут сохраняться очень долгое время. До ста и более лет. Причём цисты вырабатывают специальные механизмы выживания и это очень сложный и интересный процесс, который мы активно исследуем. Мы изучаем не только планктонную стадию, когда организм плавает в толще воды, и мы его можем там обнаружить (если его очень много, то увидим и красный прилив). Но изучаем и интереснейшую стадию покоя, когда цисты «спят». Кстати, анализируя как они спят,  цисты каких видов и сколь цист находятся в «яслях», мы можем, прогнозировать возникновение  красного прилива и назвать вероятного участника событий. Так как цисты, как отпечатки пальцев, видоспецифичны.

Чтобы понять, что это за организм, нужно получить культуру клеток. Нам уже доставили с Камчатки первые пробы морских осадков с цистами. Мы начали процесс проращивания цист с целью получить культуру клеток Karenia. Для чего мы это делаем? Нам обязательно нужно получить клоновые культуры, чистые культуры этого вида для последующих исследований.

Вы выращиваете эти цисты в лабораторных условиях или непосредственно в океане? 

В океане они сами прорастут. Будут хорошие условия, они как все остальные растения, как одуванчики, появятся и зацветут. Мы выращиваем их в лабораторных условиях.

Это огромный опыт всего коллектива, у нас работают специалисты более 30 лет, которые умеют не просто под микроскопом изучать и идентифицировать водоросли из моря, но и вводить их в культуру и выращивать их как в теплице. Мы не просто получаем и поддерживаем культуры морских микроводорослей, но и детально их изучаем, ведь у нас есть живые образцы, которые как раз и вызывают токсичные цветения в дальневосточных морях РФ. И поверьте, нашему коллективу «Морского биобанка» есть чем гордиться, ведь наши работы востребованы. 

Культивирование микроводорослей - это очень кропотливая работа. Представьте себе, что размер клетки, которую вы хотите ввести в культуру, составляет в среднем 30 микрометров. Для сравнения, толщина человеческого волоса около 1 миллиметра (это 1000 микрометров). То есть наш объект реально очень маленький, а вам нужно одну (!) клетку отловить под микроскопом, да так, чтобы никто другой не прицепился, и отловленную клетку вам надо промыть в стерильной  среде и сделать это как минимум пять раз и еще каждый раз менять ваши микроинструменты на новые стерильные...  Это филигранная работа, ведь вы работаете с живой клеткой!

А представляете, как ей неприятно, что её побеспокоили, что над ней так издеваются? Они всячески сопротивляются, капризничает, но нам нужно подобрать условия, чтобы ей  было хорошо. Только тогда она начнет делиться, и так мы сможем получить со временем клоновую культуру. Сначала мы помещаем одну клетку в очень маленькую культуральную ячейку (такой супермаленький домик – нано-аквариум с питательной средой). Когда клетки начнут нарастать, активно делиться, мы перенесем их в домик побольше. Для примера, дачники, так получают рассаду. У нас всё то же самое, только масштабы микроскопические.

Татьяна Юрьевна, раз водоросли такие микроскопические, как можно невооружённым глазом понять, что в эту воду лучше не входить, потому что там, вероятно, токсичные микроводоросли? 

Есть два пути: первый, если вы видите, что цвет воды у океана или моря непривычный, какая-то пена, какая-то слизь, какая-то непривычная окраска, запах – не рискуйте…  Конечно, если вам все-таки очень хочется в такой воде купаться и заходить в такую воду, это ваше право, примите меры предосторожности, избегайте возможности прямого контакта воды с любым участком вашего тела.. Но это не панацея… Есть такие высокотоксичные метаболиты микроводорослей, что вам достаточно просто гулять по берегу и вдыхать морской аэрозоль, чтобы получить отравление… Поэтому я советую на время красного прилива воздержаться от морских прогулок и купаний. Например, индейцы, которые населяли побережье Аляски, прекрасно знали, что когда море цветёт (меняет цвет) и светится ночью, ничего нельзя брать из моря, ведь боги моря будут разгневаны и они погубят вас. Даже места эти они называли  “Poison bays”, ядовитые заливы. На побережье Флориды цветения динофлагеллят (кстати близкого родственника Карении с Камчатки) сопровождаются респираторным синдромом, когда люди получают астматические проявления: начинают задыхаться, появляется раздражение слизистой. Все прекрасно это знают, там и таблички предупреждающие вывешивают, что и купаться нельзя, и дышать нельзя, и гулять нельзя, даже собак выгуливать нельзя… а уж про то, чтобы что-то вытащить из моря и съесть – вообще речь не идет. Конечно, обществу это не нравится, но оно к этому привыкло. Все понимают, что это временно, это пройдет и пляж и море снова будут гостеприимными.

Сколько по времени продолжается это цветение?  

Это зависит от организма. Опять же, по аналогии, как и растения. У вас сначала зацветают подснежники, потом одуванчики... Точно так и у микроводорослей. Сначала цветут одни, даже подо льдом цветут, даже зимой цветут, потом меняются на другие. Никогда вода не бывает свободной от микроорганизмов, никогда вода не бывает абсолютно чистой, прозрачной с точки зрения человека, в ней постоянно кто-то живёт. Микроводоросли – важнейший компонент. Они, безусловно,  присутствуют там постоянно, но смена видов наблюдается. На Дальнем Востоке, классически, зацветает ночесветка, «Noctiluca». Когда вода прибрежья Владивостока окрашивается в красивый цвет «фанты». И уже все СМИ про это знают. Это раньше, лет 10 назад говорили: «О, кто-то вылил «сурик» в воду», или «Льяльные воды какие-то были спущены», а сейчас уже все прекрасно знают, что цветёт именно «Noctiluca». 

(Примечание редакции: Татьяна Юрьевна позднее дополнила, что уже после интервью, 15 ноября, «Ноктилюка» зацвела у берегов Владивостока. Обычно это происходит весной или летом, осеннее же цветение было зарегистрировано впервые).

А вообще, по «Ноктилюке» хочу сказать следующее: описание этого явления можно найти в произведении «Фрегат “Паллада”» И.А. Гончарова. Это была миссия адмирала Путятина в Японию, они шли на фрегате «Паллада». В этом произведении он описывает явление «красного прилива», как раз вызванного «Ноктилюкой», как мы сейчас понимаем.

Возвращаясь к вашему вопросу: «Насколько общество осведомлено явлением красных приливов?» - на сегодняшний день мировое сообщество (не только ученые) прекрасно осведомлено о случаях токсичных красных приливов... Нет ни одного государства, имеющего выход к морю, которое бы не испытывало проблем с красными токсичными приливами. Естественно, где существуют эти «красные приливы», а они сейчас встречаются везде, там и формируются вот эти покоящиеся стадии, которые разносятся течениями, они могут разноситься с той же самой марикультурой, на панцирях моллюсков. Это тоже такой вектор распространения, когда вы привозите живых моллюсков самолётом в другую страну, а у них на панцирях находятся семена микроводорослей.  И после того, как вы введёте этих моллюсков в свои морские хозяйства, водоросли тоже начинают себя прекрасно чувствовать и попадают в ваши прибрежные воды. Но есть ещё один момент. В тех местах, куда течение не доходит, с 1993 года был показан ещё один вектор распространения токсичных микроводорослей – балластные воды. Что такое балластные воды? Грузовое судно заполняется грузом. Когда оно без груза, оно лёгкое,  может перевернуться. Поэтому танкер наполняют балластной морской водой, чтобы уравновесить судно. Например, судно везёт нефть, а дальше оно идёт пустое. Но когда оно «пустое», то заполняется балластными водами, чтобы создать нормальную плавучесть судну местной водой. А потом эту балластную воду судно сбрасывает в порту, где будет загружаться, и вместо этой балластной морской воды, закачивает, например, нефть. Так вот эти балластные воды кишмя кишат вот этими покоящимися клетками.

Обнаружили это очень просто. В Австралии. Этот континент от всех изолирован не только географически, но ещё и течениями от стран Евразийского континента, Америки и так далее. Обычные течения, которые омывают все наши берега, они к нему не подходят (как, например, из Китая, Японии, Индонезии, Филиппин всё это течениями идёт вдоль наших морей). Но Австралия не имеет таких путей течениями, она изолирована, и ядовитые водоросли просто так туда не попадут. И вдруг в 90-х годах они получают сильнейший «красный прилив». Выяснили. На анализ взяли балластные воды японского судна. И в одном литре этих балластных вод, которые закачиваются в суда тоннами, содержалось достаточное количество вот этих живых «семечек», спор микроводорослей ядовитого вида. Тогда было доказано, что одно судно привезло 300 млн. штук вот этих цист. И поняли, что это очень серьёзный вектор расселения микроводорослей в те места, где раньше эти токсичные объекты не наблюдались, после чего ввели очень жёсткие ограничения. Сейчас ни одно судно не может войти ни в один порт, если оно идёт из какого-то места, где известно, что на территории этого порта встречаются ядовитые водоросли, судно обязательно должно сменить балластные танки где-то в океане, в чистой зоне. Это очень жёстко контролируется государственным портовым контролем, где была проведена смена балластных вод. Балластные воды сбрасывают в чистых, незагрязнённых местах, и уже потом суда идут в порт назначения, где сбросят именно эту чистую океаническую воду. Интересно?

Очень! Значит, эти водоросли появляются в том числе из-за человека… А почему водоросли стали ядовитыми? Они напитались токсинами или они изначально были такими?

Я всегда привожу пример грибы в лесу: белая поганка, мухомор. Зачем им быть такими ядовитыми? Явно, не для того, чтобы кто-нибудь их не съел. Возьмите ненаселённые места: тундру например. Там тоже встречаются несъедобные грибы. В природе токсин появляется, вероятно, для того, чтобы защищаться от каких-то хищников, но главная защита не в этом. Главная защита всех этих серьёзных и опасных метаболитов, серьёзных и опасных, прежде всего, - сохранить свою собственную ДНК. Смысл любого живого в том, чтобы его потомство поддерживалось, чтобы его собственная ДНК передавалась во времени и пространстве. И чтобы защитить свою генетическую информацию, надо разработать механизмы, по которым этого будет достаточно, чтобы никто не смог в эту ДНК пролезть: ни один вирус, ни один микроб. И эти защитные механизмы  направленны на защиту целостности самого организма. «Супертоксичность», это когда наблюдается высокая концентрация опасного вещества, происходит не когда клетка интенсивно делится и развивается, а именно когда она переходит в состояние покоя. Семечка, циста в 10 раз содержит больше яда, чем вегетативная клетка. Это один из эволюционных механизмов.

Для природы нет токсичного или ядовитого организма, природе-матушке нужны все. Бороться с ними бесполезно, это как бороться с ядовитыми грибами в лесу. Можно, наверное, но даже борщевика победить не можем. А знать биологию этого организма, знать, когда он становится опасным – можем. Когда ты предупреждён, ты защищён. По этому пути и идёт мировая наука, причём очень успешно.

А люди, конечно, несут от микроводорослей большие убытки, особенно страны, которые занимаются марикультурой. Так, в 2016 году в Чили был поставлен антирекорд. За один день экономика страны, одного из крупнейших экспортеров лососевых в мире, потеряла из-за «красного прилива» сразу 18 процентов годового экспорта или 800 миллионов долларов. Это повлияло на весь мировой рынок морепродуктов.

Может ли человек вынести для себя какую-то выгоду из токсичных микроводорослей?

Микроводоросли – это наше всё! Не потому, что я этим объектом занимаюсь и безумно люблю свой объект. Но, во-первых, они дают, даже по предварительным оценкам, половину кислорода нашей планете. Половина кислорода – это не леса и не суша, а это океан. Они лежат в основе всех пищевых цепей, это как аналог пастбищ на земле. Чтобы корова дала молоко и мясо, её нужно чем-то кормить. Микроводоросли представляют собой основу всех пищевых цепей в мировом океане.  Как и все наземные, растения всегда были, есть и будут первоначальным источником всех лекарственных средств. То же самое и в море, но если наземные растения уже хорошо изучены и из них уже получены все аналоги веществ и лекарства широко применяются, то человечество только сейчас стало обращаться к морю в поисках новых источников новых средств, в том числе фармакологических. Например, ко многим антибиотикам человеческий организм уже привык, поэтому, например, антибиотики, полученные из моря, из океана, они могут представлять очень большой интерес.

Татьяна Юрьевна, а токсичные микроводоросли бывают только в морях или в озёрах тоже, в реках?

Понятие «токсичные красные приливы» - это, прежде всего,  пресные воды. Это потом уже перешли к морям. А проблема ядовитой воды, так называемой «мёртвой воды» (в противоположность «живой воде»), она уходит очень глубоко. Человечество прекрасно знало, что питьевая вода может представлять смертельную опасность, кстати, так появилось пиво. Пиво стали пить потому, что надо было каким-то образом обеззараживать ту воду, которая была в прудах летом в Европе, может быть, конечно, это миф и легенда, но тем не менее.

Вы хотели бы с нами ещё чем-нибудь поделиться?

Каковы будут наши дальнейшие работы? Мы обязательно получим культуру вот этой «Карении», которая была у берегов Камчатки. Это нужно для того, чтобы получить достаточную биомассу, потому что нельзя работать с несколькими клетками и с природной водой, потому что там могут присутствовать другие организмы. Мы будем проводить биотестирование, особое внимание будет уделено микроорганизмам, ассоциированным с цветущими динофлагеллятами - здесь кроется ключ к разгадке токсичности! Надеемся, что наши исследования будут востребованы и интересны коллегам. Приглашаем всех к сотрудничеству. Природа восстановится, Камчатка восстановится.  Но нельзя останавливаться, надо продолжать исследования, надо получать новые научные данные, факты и доказательства и обязательно информировать общественность о том, что «красные приливы» и токсичные микроводоросли имеют право на существование. Вот такой у меня вывод к сегодняшней нашей встрече.

Уже после нашего интервью Татьяна Юрьевна дополнила, что её лаборатория недавно рассчитала «урожайность»  водоросли "Карении" и поделилась последними данными:

Помните про пастбища? Мы взяли зону цветения Карении у восточного побережья Камчатки 3 октября 2020, не всю, а только небольшой участок, где была подтверждена со спутников флуоресценция фитопланктона (участок 200 на 150 км, глубиной в 10 метров). Концентрацию взяли самую обычную, не "красный прилив".  По специальной формуле мы рассчитали "урожайность" Карении - 10  центнеров зеленой биомассы (хлорофилла) с гектара в сутки!  А так как делятся динофлагелляты раз в сутки, т.е.  каждый день в период цветения, которое длилось более 30 дней, мы можем гипотетически получить очень высокую продукцию… Для сравнения, урожайность мягкой пшеницы в среднем во всём мире — 22,5 центнера с га за сезон. Обычно, в период цветения фитопланктона, даже у нас в Амурском заливе, не в красный прилив, а во время сезонного цветения  фитопланктона, концентрация хлорофилла составляет 10 грамм в метре кубическом.. если мы пересчитаем для Карении — получаем, что в период Медвежьего красного прилива создавалось до тонны хлорофилла (биомассы) с гектара в сутки! Вот вам и микроводоросли — это наше всё!

*Примечание: видео было записано 30.10.2020