Чувствительность микроорганизмов почвы к тяжелым металлам зависит от плотности колонии

Российские ученые показали, что влияние медного загрязнения на одноклеточных обитателей почвы зависит не только от концентрации загрязнителя, но и от состава исходных соединений и количества самих микроорганизмов. Так, малая плотность клеток и медный купорос сделали микроорганизмы более чувствительными к воздействию. Однако некоторые виды не боятся длительного загрязнения низкими концентрациями ацетата меди и даже начинают размножаться быстрее в таких условиях. Найденные авторами закономерности помогут разработать подходы к использованию микроводорослей как для оценки загрязнения, так и для борьбы с ним. Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда и опубликована в International Journal of Environmental Science and Technology. Тяжелые металлы — одни из наиболее опасных загрязнителей, поскольку они долго сохраняются в окружающей среде, накапливаются в живых организмах и достаточно токсичны (хотя в очень малых концентрациях они жизненно необходимы для клеток). Основной их источник — промышленность, сельское хозяйство и добыча полезных ископаемых, которые с каждым годом только наращивают обороты. Один из способов отследить их содержание заключается в использовании биоиндикаторов — живых организмов, чаще всего микроорганизмов и растений. В результате удается не только определить и количественно оценить степень загрязнения, но и понять принцип его воздействия на клетки, а также выявить устойчивые к нему виды.В новой работе исследователи из Института физиологии растений имени К. А. Тимирязева (Москва) решили выяснить, что происходит с разными микроводорослями почв при загрязнении медью. Этот тяжелый металл в малых количествах необходим для работы ключевых ферментов растений, а потому содержащие его удобрения часто применяют в сельском хозяйстве. Более того, некоторые его соединения (купорос, ацетат) используются при производстве фунгицидов для борьбы с грибковыми инфекциями. В итоге достаточно велики риски отравления почв, и страдают в основном ценные черноземы — в них содержание элемента может даже приближаться к предельно допустимым концентрациям, что чревато болезнями растений и создает угрозу для здоровья людей, которые работают на полях.В экспериментах авторы использовали штаммы почвенных водорослей, способные накапливать липиды и жирные кислоты — ценное сырье для косметической и фармацевтической промышленности, — а потому потенциально полезные для биотехнологии. Клеточные культуры низкой и высокой плотности обрабатывали растворами медного купороса и ацетата меди в разных концентрациях и наблюдали за микроорганизмами в течение 28 дней.Культуры, где клеток изначально было меньше, оказались чувствительнее к загрязнителю. Возможно, они менее эффективно связывали тяжелый металл, кроме того, за счет низкой плотности опасному соединению было проще попасть во все клетки. Выяснилось также, что для водорослей более токсична медь в составе купороса, чем в составе ацетата. Это авторы объясняют тем, что избыток серы (купорос представляет собой сульфат меди) также токсичен для наземных микроорганизмов.К неоднозначным выводам исследователи пришли, когда проанализировали, как разное по продолжительности воздействие меди влияло на микроорганизмы из различных систематических групп. Длительное воздействие не обязательно приводило к полной гибели организмов, например эустигматофитовые водоросли приспособились и даже эффективнее наращивали свою биомассу. В целом авторы отмечают, что чувствительность к тяжелым металлам у разных видов и даже штаммов одного вида может многократно различаться.«Это значит, что недостаточно просто выбрать какой-либо вид организма-биоиндикатора и постоянно использовать его для разных анализов. Большую роль играет также длительность воздействия, плотность культуры, форма, в которой поступает загрязнитель, среда для выращивания и многое другое. Мы продолжим наши эксперименты и постараемся найти микроводоросли, идеальные для отслеживания пороговых концентраций тяжелых металлов, их снижения до приемлемых и, вполне возможно, способных производить ценные биотехнологические продукты даже на загрязненных почвах», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Евгений Мальцев, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник ИФР РАН.Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.