Украинская ученая Антарктического Научного Центра представила первые результаты исследования

Последнее время украинский Научный исследовательский центр “Академик Вернадский” в Антарктике постоянно на слуху. Не только Украина но и весь мир с особым вниманием относятся к результатам исследований всех ученых в Антарктике, потому что именно эти данные являются наиболее репрезентативными для описания степени влияния деятельности человека на окружающую среду. 

Например, все загрязнители которые находят в Антарктике, попали туда исключительно через пищевую цепочку, поскольку отсутствие большого количества людей и промышленной деятельности исключает прямое попадание. Именно поэтому данные научных центров расположенных там, особенно ценны.  Украинская ученая Антарктического Научного Центра представила первые результаты исследования

Мария Павловская, фото expedicia

Наши исследователи в Антарктике изучают не только крупных животных – китов или тюленей – но и совсем маленькие и незаметные обычному невооруженному взгляду организмы, в частности морские бактерии и микроводоросли. Они играют немаловажную роль во многих процессах Южного океана. Как эти организмы взаимодействуют в его ледяных водах и влияют на изменение климата, исследует наша ученая - Мария Павловская.

Мария в 2019 году стала стипендиатом Научного комитета по антарктическим исследованиям (SCAR) под этот проект и выполняет его вместе с учеными Института морской микробиологии Макса Планка (Бремен, Германия), являющегося мировым лидером в области морской биологии. 

Участие в конкурсе стало возможным благодаря возобновлению в 2018 году статуса Украины как полноценного члена SCAR. Нынешние победители представляют 5 стран – США, Японию, Австралию, Аргентину и Украину. Сумма каждого гранта составляет до 15 тыс долларов.

Украинская ученая Антарктического Научного Центра представила первые результаты исследования  — фото 1

Биологи Евгения Прекрасная (в центре) и Мария Павловская (справа) во время сезонной экспедиции в Антарктиду, январь 2019,  фото: hromadske

Мария недавно вернулась из Бремена, где проводила молекулярно-генетические исследования образцов, которые были отобраны в районе станции "Академик Вернадский" в 2019-2021 гг.

Мы решили разобраться что изучает наша ученая, и почему ее исследование так важно для всего экологического сообщества. Известно, что Южный океан играет ключевую роль в глобальном цикле углерода, который в свою очередь влияет на климат всей планеты. Основные игроки в регуляции циклов питательных веществ и углерода в океане – как раз крошечные бактерии и микроводоросли. Последние когда-то, миллионы лет назад, создали кислородную атмосферу на Земле, до сих пор являются одними из главных производителей атмосферного кислорода. В обмен на кислород они забирают из атмосферы углекислый газ, и таким образом существенно замедляют глобальное потепление.

Впрочем, кроме кислорода некоторые из микроводорослей выделяют в атмосферу соединения серы, и вот они уже оказывают скорее негативное влияние на климат, в частности способствуют закислению среды. Какой баланс этих процессов пока неизвестно, и именно это, в частности, исследуют наши ученые. Кроме того, взаимодействие этих организмов – бактерий и водорослей – фактически регулирует морские пищевые сети: от мелких рачков до рыб и гигантских китов.

Ученым важно понять, что именно в этих глобальных процессах производят антарктические бактерии и микроводоросли. Для этого сначала нужно хотя бы "перечислить" их и "паспортизировать" - определить, какие же группы бактерий и микроводорослей живут в океане при различных температурных и других условиях, и как они количественно соотносятся между собой. Казалось бы, задача проста, ведь что-то похожее каждый день делают лаборанты любой клинической лаборатории в отношении болезнетворных бактерий, а гидробиологи с давних времен научились под микроскопом определять и считать водоросли. Но не так просто, как кажется.

Украинская ученая Антарктического Научного Центра представила первые результаты исследования  — фото 2 

Украинская ученая Антарктического Научного Центра представила первые результаты исследования  — фото 3

Флуоресцентные метки, фото: uac

Дело в том, что в океане не меньшую роль, чем относительно большие микроводоросли, играют совсем крохотные существа, которые часто называют "нановодоростями". Их даже под микроскопом не рассмотришь так, как нужно.

А с морскими бактериями по сравнению с "больничными" вообще беда: большинство методов изучения патогенной микробиоты и даже обычной микробиоты почв и других привычных нам экосистем базируются на так называемых культивационных методах, то есть на посеве бактерий на питательную среду, где они размножаются, пока их не вырастет достаточно много для исследований. Каждая посеянная бактериальная клетка на питательном субстрате должна породить целую колонию, и вот уже с этими колониями ученые продолжают работать. Только вот в отличие от патогенных или почвенных морские бактерии категорически не желают расти на искусственных субстратах! Из всего разнообразия морской микробиоты лишь менее одного процента подвергаются культивированию на средах. Остальные же 99% до сих пор остается для морских биологов чем-то таким же недоступным и даже получили негласное название «темная материя океана». 

Поскольку морские бактерии не желают расти в неволе, их приходится исследовать непосредственно в образцах отфильтрованной океанской воды. А чтобы отличить одни от других и паспортизировать приходится хитрить - разрабатывать и синтезировать специальные флуоресцентные метки.

Каждая метка - одна длинная искусственно синтезированная молекула, состоящая из двух частей: "липучки", цепляющейся к носителям определенной последовательности ДНК, и флуоресцентного "хвоста", который светится определенным цветом во время внешнего облучения. На фильтры с выделенными из морской воды клетками поочередно вливают растворы меток для каждой отдельной группы бактерий и таким образом различные группы микроорганизмов поочередно окрашиваются. То есть когда ученый таким хитрым способом "цепил" каждую группу бактерий своей меткой - только после этого в поле зрения микроскопа может посчитать сияющие "звезды на темном небе", и получить данные о соотношении между собой разных групп бактерий и микроводорослей, каждая из которых отвечает за тот или иной процесс в экосистеме – кто за фотосинтез, кто за метаболизм серы, кто за разложение органики, кто за синтез метана и т.д.

Параллельно с этим образцы подвергаются очень точному секвенированию – расшифровываются и "прочитываются" их ДНК и РНК. По этим данным можно получить подробную информацию о том, какие именно бактерии существовали на момент отбора рядом с определенными представителями микроводорослей. Более того, можно даже вычислить, какие именно из генов, контролирующих тот или иной процесс обмена веществ, были в это время включены, а какие гены "спали".

Так в результате длительной кропотливой работы можно выйти на описание регуляторных сеток, т.е. сложной системы как глобальный климат. Именно такие процессы взаимодействия живого с неживым в свое время исследовал патрон нашей станции Владимир Вернадский, только вот подобных тонких и изысканных методов в его времена еще не было. Продолжение следует, "исследование" Марии только началось. 

Украинская ученая Антарктического Научного Центра представила первые результаты исследования  — фото 4Мария Павловская, фото: uac

Исследования Марии Павловской будут способствовать лучшему пониманию биологических механизмов связывания и высвобождения углекислого газа в Мировом океане и процессов изменений климата.

Научный комитет по антарктическим исследованиям  SCAR - это тематическая организация Международного научного совета (ISC), созданная в 1958 году. SCAR  отвечает за инициирование, развитие и координацию высококачественных международных научных исследований в антарктическом регионе (включая Южный регион) и океан, а также о роли Антарктического региона в системе Земля. 

SCAR предоставляет объективные и независимые научные рекомендации консультативным совещаниям по Договору об Антарктике и другим организациям, таким как РКИК ООН и МГЭИК, по научным и природоохранным вопросам, влияющим на управление Антарктикой и Южным океаном, а также по роли антарктического региона в системе Земли.


Вам понравится
zoom-images