ТАЙНА КРОВАВЫХ ЛУЖ И АНТАРКТИДА

Здравствуйте, друзья!

В этом посте переплелись январь, июль, Антарктида и Алтай. 
28 января 1820 года полярная экспедиция Ф. Беллинсгаузена и М. Лазарева подошли к новому материку, который назвали Антарктидой. Но если бы полярники подошли к ней в июле, они бы увидели красные цветущие... снега. 
Сегодня я хочу вернуться в июль 2018, чтобы рассказать о тайне, с которой мы столкнулись в экспедиции "УИ Экобиоцентра" в Катон-Карагайский государственный национальный природный парк. Мы были на озере Язевом, недалеко от горы Белухи, на высоте 1600-1800 метров над уровнем моря. 

Случайное кровавое открытие

Лил дождь, а потом в рваные небеса выглянуло пылающее солнце. Контраст в температурах был настолько сильным, что не каждый майский день с ним сравнится. Только-только было градусов 5-10, а при солнечных потоках уже плюс 28-30. И солнце с очень мощным УФ-излучением, как всегда бывает в высокогорье. Снимаем осенние куртки, выбираемся из слоев одежды до футболок. 

Мы не праздно шатающиеся туристы, мы собираем научный материал в этой поездке. На солнце послышался стрекот прямокрылых. С ребятами производим их учет методом кошения энтомологическим сачком. 
Подробнее об эколагере читайте в постах:

1. БИОЛОГИЧЕСКИЙ КВЕСТ О ДРАКОНАХ

2. КАК СОЗДАТЬ СПЛОЧЕННУЮ КОМАНДУ В ЭКОЛОГИЧЕСКОМ ЛАГЕРЕ

3. НАБЛЮДЕНИЯ ЮННАТОВ В ЗАПАДНО-АЛТАЙСКОМ ЗАПОВЕДНИКЕ

А на обратном пути вдруг увидели странное явление. Лужи, что в избытке сопровождали нас по дорогам, налились кровью. Словно, раненый зверь пил из них, окропляя тяжелыми каплями. И те сворачивались алыми хлопьями, как молоко в уксусе.

Кровавая тайна

Мы столкнулись со сходным явлением, которое поразило некогда полярных исследователей. Явление, которое наблюдал Чарльз Дарвин в своем кругосветном путешествии на корабле "Бигль", под копытами мулов на горных перевалах. Кровавый снег, кровавый дождь, кровавые лужи имеют общее научное объяснение.

Тайна кровавых дождей будоражит умы людей не первое тысячелетие. Настораживает своей внезапностью. На страхе и невежестве народа играли церковники. Религиозные фанатики усматривали в кровавых следах мистику, кару небесную, наказание людям за грехи их. 

Но ученый беспристрастно смотрит на эту проблему вооруженным взглядом. Микроскоп - тот самый "сатанинский" прибор, который объяснил истинную причину крови на снегу, крови в лужах.

Причина кроется в микроскопических жгутиковых одноклеточных существах из порядка хламидомонадовых (Chlamydomonadales).  

Эти микроскопические существа вызывают цветение луж и снега. Снег окрашивает снежная хламидомонада (Chlamydomonas nivalis). А лужи - дождевой гематококкус (Haematococcus pluvialis). Красный цвет придает особое вещество  -  гематохром астаксантин.

Хламидомонада зеленая уже была героем одной из сказок БиоТОПа - "ЧЕМ РАСТЕНИЯ ОТЛИЧАЮТСЯ ОТ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ ДРУГИХ ЦАРСТВ" 

Астаксантин - чудо антиоксидант

Астаксантин - это биологически активное вещество из группы каротиноидов. Он способен накапливаться по пищевой цепи. Астаксантин придает окраску перьям фламинго, поскольку птицы питаются рачками АРТЕМИЯМИ, а те содержат его в избытке. Красная рыба также связана своей окраской тканей с астаксантином. Креветки, криль тоже богаты этим каротиноидом. Именно благодаря ракообразным, астаксантин и был открыт в 1938 году. Пигмент выделили из мяса омаров.

При изучении его свойств, оказалось, что астаксантин - чудодейственный мощный антиоксидант. Им заинтересовались косметические фирмы, фармакология, рыбоводческие фермы. Мясо лососевых рыб ценится дороже, если его окраска более яркая.

Личинка рачка артемии

Но при попытке искусственно получить астаксантин, выяснилось, что его свойства утрачиваются в синтетическом аналоге. Поэтому стали искать организмы, которые производят его в наибольшем количестве, для использования в биотехнологии. Чемпионом по количеству астаксантина стал гематококкус дождевой. 

Чем объясняется внезапность кровавого цветения?

Выделяют 2 типа цветения воды: медленное и внезапное. Медленное цветение развивается постепенно, длится долго и также постепенно сходит на нет. Внезапное цветение - кратковременное, неожиданное, внезапно появляющееся и исчезающее.

Если медленное цветение - это сезонный рост численности водорослей, то внезапное цветение - это адаптивный ответ на экстремальные условия.

Ведь все существа, вырабатывающие и накапливающие в себе астксантин, живут в экстремальных условиях. Артемии существуют в очень соленой воде, лосось мигрирует из пресной воды в соленую в начале жизни, и в обратном порядке - в конце. Снежная хламидомонада живет в снегу при низких температурах. Дождевой гематококкус обитает в условиях повышенного УФ-излучения, при резких перепадах температур. Астаксантин защищает клетки от повреждения агрессивными факторами среды.

Дождевой гематококкус в обычных условиях существует в подвижной жгутиковой форме, с зеленым чашеобразным хроматофором (хлоропласт водорослей). Это вегетативная форма. По своему строению, она соответствует строению хламидомонады зеленой. 
У гематококкуса есть ядро, светочувствительный красный глазок, различающий свет и тень. С помощью жгутиков, водоросли устремляются к свету для эффективности фотосинтеза. Сахара откладываются вокруг пиреноида. Пиреноид - это часть хроматофора, который накапливает особый фермент фотодыхания (рубиско - рибулозобисфосфаткарбоксилаза).
Вегетативная форма активно фотосинтезирует, насыщая лужу кислородом, размножается. Видите в луже пузырьки? Это кислород, который выделяют водоросли. 

Дождевой гематококкус (Haematococcus pluvialis)

Однако, при экстремальных условиях вегетативная форма переходит в стадию гематоцисты. Водоросль окружена клеточной целлюлозно-пектиновой стенкой. Пектин способствует образованию слизи. Слизь защищает от высыхания, от вторжения микроорганизмов, помогает в передвижении, по слизи водоросль скользит. 
При переходе в гематоцисту гематококкус теряет жгутики. Его фотосинтезирующий аппарат исчезает, происходит активное накопление жиров и астаксантина. Со временем астаксантина становится столько, что возникает фильтр-экран от УФ-лучей. Но в отличие от красных пирофитовых морских приливов, гематококкус не выделяет яд.

Происходят такие преобразования стремительно, за считанные часы. Пока мы ходили на экскурсию, гематококкус из вегетативной фазы перешел в гематоцисту, затянув алой пленкой поверхность лужи. Накапливаемые липиды способствуют тому, что водоросль плавает исключительно на поверхности. А к вечеру лужи снова стали обыкновенными.

Вот такая разгадка кровавой тайны.  И замечательная связь между Антарктидой, январем, июлем, суевериями и водорослями.
Если Вам понравилось, поделитесь постом в социальных сетях, расскажите про "Магию биологии" хорошим людям. Желаю радости открытий!