Ученые открыли причину прочности стеблей у водоросли

Ученые открыли причину прочности стеблей у
водоросли-паразита
Международный коллектив ученых, в состав которого вошел сотрудник Университета ИТМО
Сергей Молодцов, выяснил, что стебельки диатомовых водорослей Didymosphenia geminata
обладают особой прочностью благодаря нанокристаллическому каркасу из карбоната
кальция. Ранее считалось, что диатомеи синтезируют только кремнезем, из которого состоит
их клеточная оболочка. Результаты исследования приведены в статье, опубликованной в
одном из ведущих мировых научных изданий Advanced Functional Materials.
Процесс синтеза биоминералов диатомовыми водорослями хорошо известен ученым: эти
микроорганизмы являются самой распространенной группой водорослей, составляя до
25% всей органики на планете. Свои клеточные стенки они формируют из диоксида
кремния, а некоторые пресноводные виды диатомовых также синтезируют слизистые
стебельки, обладающие особой прочностью и гибкостью. С их помощью они
прикрепляются к камням на дне водоемов и стараются приблизиться к свету у поверхности
воды.
В своей работе группа ученых из Германии, России, Польши, США и Франции под
руководством эксперта по биоминералогии профессора Германа Эрлиха (Hermann Ehrlich)
из Горной академии во Фрайберге рассмотрела наноструктурные свойства этих стебельков
и механизм их синтеза на примере одного из видов диатомовых – водоросли
Didymosphenia geminata. Исследователям удалось выяснить, что одиночная клетка этой
водоросли, прикрепившись к поверхности камня, вырабатывает специальный фермент, при
помощи которого она растворяет содержащийся в камне кальций. Используя углекислый
газ, клетка начинает синтезировать полисахаридный стебелeк, имеющий форму
микрокапилляра, и одновременно формирует внутри него нанокристаллический каркас из
карбоната кальция. Такого рода биоминерализация стебля направляет саму клетку
вертикально вверх, ближе к свету. Диатомовые водоросли относятся к строго
биосиликатным микроорганизмам, и феномен синтеза ими кристаллического карбоната
кальция ученые описали впервые.
«Материалы, которые создаются в результате такой комбинации биологической и
неорганической составляющих, могут быть широко использованы в различных технологиях.
Например, при изготовлении сверхпрочных тонких и упругих одномерных соединительных
элементов или двумерных сеточных конструкций-паутин. Исследования биокомпозитных
образований могут помочь в создании таких структур, – комментирует автор статьи,
соруководитель Транснационального научно-образовательного UniFEL центра
перспективных методов исследования материалов Университета ИТМО Сергей Молодцов.
– Чтобы всеобъемлюще описать свойства объекта, требуется обладать информацией о его
атомной и электронной структурах: где и на каком расстоянии друг от друга расположены
атомы, каким образом электроны перемещаются вокруг них. Поэтому в своей работе мы
обратились к методам фотоэлектронной спектроскопии и спектроскопии рентгеновского
поглощения, которые используются в рамках исследований лаборатории UniFEL».
Ученые также выдвинули смелую гипотезу, согласно которой водоросль активно
использует углекислый газ для формирования стебельков потому, что его количество в
атмосфере начало увеличиваться из-за деятельности человека. Таким образом, водоросль
спасает планету от излишков CO2, считают они.
Добавим, что Didymosphenia geminata представляет угрозу речным экосистемам, приводит
к серьезным нарушениям экологического баланса и мешает использованию водоемов для
гидроэнергетики, орошения и рекреационных целей. После обнаружения этой водоросли в
Новой Зеландии в 2004 году местные власти развернули публичную компанию для
остановки ее распространения, которое может быть своеобразным «иммунным ответом»
на избыток углекислоты в атмосфере. В России Didymosphenia geminata обитает в реках из
региона озера Байкал.
Статья: «Multiphase Biomineralization: Enigmatic Invasive Siliceous Diatoms Produce Crystalline
Calcite», Advanced Functional Materials. DOI: 10.1002/adfm.201504891
Герман Эрлих,
Институт экспериментальной физики, ТУ Фрайбергская горная академия
Александр Пушкаш,
Редакция новостного портала Университета ИТМО
Дата публикации 01.03.2016
>>>Перейти к новости
>>>Перейти ко всем новостям
>>>Перейти на портал Университета ИТМО