Українська вчена Антарктичного Наукового Центру презентувала перші результати дослідження

Останнім часом український Науковий дослідницький центр “Академік Вернадський” в Антарктиці постійно на слуху. Не лише Україна, а й увесь світ з особливою увагою ставляться до результатів досліджень усіх вчених в Антарктиці, бо саме ці дані є найбільш репрезентативними для опису ступеня впливу діяльності людини на довкілля.

Наприклад, усі забруднювачі, які знаходять в Антарктиці, потрапили туди виключно через харчовий ланцюжок, оскільки відсутність великої кількості людей та промислової діяльності виключає пряме потрапляння. Саме тому дані наукових центрів, розташованих там, особливо цінні. Українська вчена Антарктичного Наукового Центру презентувала перші результати дослідження

Марія Павловська, фото expedicia

Наші дослідники в Антарктиці вивчають не лише великих тварин – китів чи тюленів – а й зовсім маленькі та непомітні звичайному неозброєному погляду організми, зокрема морські бактерії та мікроводорості. Вони відіграють важливу роль у багатьох процесах Південного океану. Як ці організми взаємодіють у його крижаних водах та впливають на зміну клімату, досліджує наша вчена – Марія Павловська.

Марія у 2019 році стала стипендіатом Наукового комітету з антарктичних досліджень (SCAR) під цей проект і виконує його разом із вченими Інституту морської мікробіології Максом Планка (Бремен, Німеччина), який є світовим лідером у галузі морської біології.

Участь у конкурсі стала можливою завдяки відновленню у 2018 році статусу України як повноцінного члена SCAR. Нинішні переможці представляють 5 країн – США, Японію, Австралію, Аргентину та Україну. Сума кожного гранту складає до 15 тис. доларів.

Українська вчена Антарктичного Наукового Центру презентувала перші результати дослідження — фото 1

Біологи Євгенія Прекрасна (у центрі) та Марія Павловська (праворуч) під час сезонної експедиції до Антарктиди, січень 2019, фото: hromadske

Марія нещодавно повернулася з Бремена, де проводила молекулярно-генетичні дослідження зразків, які були відібрані у районі станції "Академік Вернадський" у 2019-2021 роках.

Ми вирішили розібратися, що вивчає наша вчена, і чому її дослідження так важливе для всієї екологічної спільноти. Відомо, що Південний океан відіграє ключову роль у глобальному циклі вуглецю, який, своєю чергою, впливає на клімат усієї планети. Основні гравці в регуляції циклів поживних речовин та вуглецю в океані – якраз крихітні бактерії та мікроводорості. Останні колись, мільйони років тому, створили кисневу атмосферу Землі, досі є одними з головних виробників атмосферного кисню. В обмін на кисень вони забирають із атмосфери вуглекислий газ, і таким чином суттєво уповільнюють глобальне потепління.

Крім кисню, деякі з мікроводоростей виділяють в атмосферу сполуки сірки, і ось вони вже надають швидше негативний вплив на клімат, зокрема сприяють закисленню середовища. Який баланс цих процесів поки що невідомий, і саме це, зокрема, досліджують наші вчені. Крім того, взаємодія цих організмів – бактерій та водоростей – фактично регулює морські харчові мережі: від дрібних рачків до риб та гігантських китів.

Для вчених важливо зрозуміти, що саме у цих глобальних процесах виробляють антарктичні бактерії та мікроводорості. Для цього спочатку потрібно хоча б "перерахувати" їх та "паспортизувати" - визначити, які ж групи бактерій та мікроводоростей живуть в океані за різних температурних та інших умов, і як вони кількісно співвідносяться між собою. Здавалося б, завдання просте, адже щось схоже щодня роблять лаборанти будь-якої клінічної лабораторії щодо хвороботворних бактерій, а гідробіологи з давніх-давен навчилися під мікроскопом визначати і рахувати водорості. Але не так просто, як здається.

Українська вчена Антарктичного Наукового Центру презентувала перші результати дослідження — фото 2

Українська вчена Антарктичного Наукового Центру презентувала перші результати дослідження — фото 3

Флуоресцентні мітки, фото: uac

Насправді в океані не меншу роль, ніж відносно великі мікроводорості, грають зовсім крихітні істоти, які часто навіть називають "нановодоростями". Їх розмір не дозиоляє розглянути їх навіть під мікроскопом.

Що стосується морських бактерій то порівняно з "лікарняними" з ними взагалі біда: більшість методів вивчення патогенної мікробіоти і навіть звичайної мікробіоти ґрунтів та інших звичних нам екосистем базуються на так званих культиваційних методах, тобто на сівбі бактерій на живильне середовище, де вони розмножуються, доки їх не виросте достатньо для досліджень. Кожна посіяна бактеріальна клітина на живильному субстраті повинна породити цілу колонію, і вже з цими колоніями вчені продовжують працювати. Тільки ось на відміну від патогенних чи ґрунтових морські бактерії категорично не бажають рости на штучних субстратах! З усього розмаїття морської мікробіоти лише менше відсотка піддаються культивуванню на середовищах. Решта ж 99% досі залишається для морських біологів чимось таким же недоступним і навіть отримали негласну назву "темна матерія океану".

Оскільки морські бактерії не бажають рости у неволі, їх доводиться досліджувати безпосередньо у зразках відфільтрованої океанської води. А щоб відрізнити одні від інших і паспортизувати доводиться хитрувати – розробляти та синтезувати спеціальні флуоресцентні мітки.

Кожна мітка - одна довга штучно синтезована молекула, що складається з двох частин: "липучки", що чіпляється до носіїв певної послідовності ДНК, і флуоресцентного "хвоста", що світиться певним кольором під час зовнішнього опромінення. На фільтри з виділеними з морської води клітинами послідовно вливають розчини міток для кожної окремої групи бактерій і таким чином різні групи мікроорганізмів послідовно забарвлюються. Тобто коли вчений у такий хитрий спосіб "чіпив" кожну групу бактерій своєю міткою - тільки після цього в полі зору мікроскопа може порахувати сяючі "зірки на темному небі", і отримати дані про співвідношення між собою різних груп бактерій та мікроводоростей, кожна з яких відповідає за той чи інший процес в екосистемі – хтось за фотосинтез, хтось за метаболізм сірки, хтось за розклад органіки, хтось за синтез метану тощо.

Паралельно з цим зразки піддаються дуже точному секвенуванню – розшифровуються та "прочитуються" їх ДНК та РНК. За цими даними можна отримати докладну інформацію про те, які саме бактерії існували на момент відбору поряд із певними представниками мікроводоростей. Більше того, можна навіть обчислити, які саме з генів, які контролюють той чи інший процес обміну речовин, у цей час були включені, а які гени "спали".

Так, у результаті тривалої кропіткої роботи можна вийти на опис регуляторних сіток, тобто складної системи як світовий клімат. Саме такі процеси взаємодії живого з неживим свого часу досліджував патрон нашої станції Володимир Вернадський, тільки таких тонких і вишуканих методів у його часи ще не було. Далі буде, "дослідження" Марії тільки почалося.

Українська вчена Антарктичного Наукового Центру презентувала перші результати дослідження — фото 4Марія Павловська, фото uac

Дослідження Марії Павловської сприятимуть кращому розумінню біологічних механізмів зв'язування та вивільнення вуглекислого газу у Світовому океані та процесів змін клімату.

Науковий комітет з антарктичних досліджень SCAR – це тематична організація Міжнародної наукової ради (ISC), створена у 1958 році. SCAR відповідає за ініціювання, розвиток та координацію високоякісних міжнародних наукових досліджень в антарктичному регіоні (включаючи Південний регіон) та Океан, і навіть про роль Антарктичного регіону у системі Земля. 

SCAR надає об'єктивні та незалежні наукові рекомендації Консультативним нарадам щодо Договору про Антарктику та іншим організаціям, таким як РКЗК ООН та МГЕЗК, з наукових та природоохоронних питань, що впливають на управління Антарктикою та Південним океаном, а також щодо ролі Антарктичного регіону у системі Землі.




Вам має сподобатися
zoom-images