По данным наблюдений специалистов Лимнологического института СО РАН, популяция байкальских губок страдает и гибнет от неизвестного заболевания. В настоящее время ученые выясняют, что стало причиной болезни и как ее можно вылечить. Первые положительные результаты получены в экспериментах с использованием наночастиц серебра.
С 2011 года на дне озера вместо здоровых зеленых особей находят частично или полностью пораженные экземпляры темно-коричневого цвета или даже целые поля розовых губок — пустые скелеты погибших животных, заселенные цианобактериями. Эта тенденция вкупе с массовым развитием спирогиры по периметру озера заставляет лимнологов говорить об «экологическом кризисе», который переживает Байкал.
Среди причин негативных изменений специалисты рассматривают неупорядоченную туристическую деятельность на побережье и повышение среднегодового уровня температуры. Однако пока ни одна из этих версий научно не доказана. Чтобы выяснить, какие факторы и в какой мере влияют на состояние природных фильтров, исследователям необходимо провести эксперименты в различных смоделированных условиях. Для этого используется культура клеток губок — так называемые примморфы.
— Мы достаем внешне здоровую губку из Байкала, через специальный фильтр отжимаем из нее клетки и помещаем их в контейнер, — рассказывает о технологии получения культуры клеток губок заведующий лабораторией аналитической биоорганической химии ЛИН СО РАН доктор биологических наук Сергей Иванович Беликов. — В норме через час-два эти клетки объединяются в агрегаты, через день-два образуют покрытую эпителиальным слоем примморфу, а примерно через год некоторые из них начинают формировать молодую губку.
Использование клеточных культур помогает ученым экономить место – они занимают гораздо меньше площади, чем обычные губки, не требуют постоянной проточной воды, но при этом обладают почти теми же свойствами.
Такая способность объясняется тем, что большинство клеток губки — стволовые, то есть способны превращаться в различные клетки ткани и давать начало полноценной особи. До 2011 года лимнологам удавалось без проблем выращивать культуру клеток из диссоциированных клеток губки. В последнее время ситуация изменилась. По мнению ученых, это происходит из-за массовой болезни животных, вероятно, вызванной действием бактерий.
У лимнологов уже есть первые предварительные результаты эксперимента по преодолению этой проблемы. В частности, выяснилось, что в воде, куда были добавлены наночастицы серебра, примморфы не погибли и начали объединяться в конгломераты по «здоровому» сценарию. В воде без серебра такого не произошло. Однако чтобы признать эти выводы значимыми, работу необходимо многократно повторить и получить статистически достоверные данные. Всё это требует серьезных затрат.
— Наша задача сейчас — попытаться определить необходимую концентрацию серебра и время воздействия на большом объеме материала, — объясняет Сергей Беликов. — Но для проведения масштабных исследований у нас не хватает экспериментальных площадей. Нужны большие холодные комнаты с температурой 4–10 °С (температура воды Байкала) для выращивания тысяч образцов примморф, а также помещения для пробоподготовки и проведения анализов.
Еще одной из причин болезни животных, по версии ученых, является повышенная концентрация метана в байкальской воде. Под воздействием бактерий метан окисляется до метанола и, возможно, отравляет губку. В пользу гипотезы говорит тот факт, что на погибших розовых губках концентрация бактерии Verrucomicrobia subdivision 6, способной окислять метан, оказалась в 60 раз выше, чем в экземплярах, добытых со дна озера до начала массового заболевания. В обычном состоянии эта бактерия несущественно влияет на жизнедеятельность здоровых губок. Однако столь активное размножение может иметь печальные последствия для организма хозяина.
Морские и пресноводные губки давно являются предметом совместного изучения сотрудников лаборатории аналитической биоорганической химии ЛИН СО РАН и ученых из университета Майнца (Германия). Специалистов интересует механизм биоминерализации — отложения кремнезема (окиси кремния), из которого состоит скелет губок. Окись кремния в виде кварца широко востребована в производстве электроники и волоконной оптики. Однако работа с ним возможна либо при очень высоких температурах (от 600 до 800 °C), либо в агрессивных средах вроде щелочи или кислоты. В то же время губки строят свой скелет при комнатной температуре, нейтральной рН, из ничтожной концентрации кремниевой кислоты, присутствующей в воде. Исследование механизма отложения кремнезема у этих животных в перспективе может сделать использование кварца в нанобиотехнологиях более простым и доступным.
Юлия Смирнова, ИНЦ СО РАН
Фото из архива Сергея Беликова
