Биотоксины от цветения диатомовых водорослей нарушают развитие зоопланктона и океанической пищевой сети

Исследователи из Университета Барселоны совместно с командой Зоологической станции Антона Дорна (Италия) проанализировали влияние диатомовых водорослей на развитие Oikopleura dioica (O. dioica) — морского беспозвоночного зоопланктона, играющего важную роль в глобальной динамике морских пищевых сетей и цикле углерода в биосфере. Результаты, опубликованные в Communications Biology, показывают, что биотоксины, вырабатываемые этими водорослями в конце цветения, могут влиять на эмбриональное развитие, а следовательно, и на размножение O. dioica, с серьёзными экологическими последствиями.

Исследование особенно актуально, учитывая, что окисление и потепление океана из-за изменения климата могут усиливать частоту цветения вредоносных водорослей, таких как диатомеи.

Диатомеи — это тип микроводорослей, вносящих вклад в фотоавтотрофное производство морского фитопланктона, поскольку они обеспечивают питательными веществами другие формы жизни. Однако диатомеи могут производить биотоксины (полиненасыщенные альдегиды) в качестве защитного механизма против хищников, таких как копеподы. Эти вещества массово высвобождаются в конце цветения и могут изменять биологию морских животных в районе.

Новое исследование проанализировало влияние этих биотоксинов на развитие O. dioica, морского беспозвоночного из класса аппендикулярий (Appendicularia или Larvacea). Аппендикулярии — ключевые организмы в океанической пищевой сети, поскольку они перерабатывают около 10% первичной продукции в океане и служат пищей для личинок рыб в морской трофической цепи.

«Результаты показывают, что биотоксины, производимые диатомеями, могут вызывать серьёзные нарушения в развитии O. dioica, индуцируя фенотип, который мы называем “гольф-мяч”, влияющий на морфогенез эмбриона и дифференцировку его туловища и хвоста», — говорит исследователь Кристиан Каньэстеро. «Хотя в нашем исследовании эмбриональные мальформации появлялись при более высоких концентрациях, чем обнаруженные в естественных условиях, мы также наблюдали летальные эмбриональные аномалии при концентрациях, аналогичных измеренным в природе после цветений», — отмечает исследователь.

Это открытие особенно важно, учитывая, что увеличение кислотности и потепление океанов из-за изменения климата могут усиливать серьёзность и частоту цветения водорослей. «Понимание того, как цветение вредоносных водорослей и массовая выработка токсинов могут нарушать физиологию личинок, важно из-за их воздействия на морскую пищевую сеть и для прогнозирования будущих проблем в рыболовстве, вызванных глобальным изменением климата», — подчёркивает исследователь.

Потенциальный биомаркер для зоопланктона

Исследование также проанализировало генный ответ O. dioica на воздействие биотоксинов. «Мы обнаружили, что O. dioica может реагировать на стресс, вызванный диатомеями, задерживая зиготическую транскрипцию генов развития на первых стадиях и активируя защитные гены (набор генов, защищающих клетку от воздействий окружающей среды), даже при безвредных концентрациях биотоксинов, при которых мы не наблюдали никаких эмбриональных нарушений», — говорит Кристиан Каньэстеро.

Согласно выводам исследования, эта реакция может быть частью механизма, выработанного в ходе эволюции для защиты эмбрионов от опасностей окружающей среды, и может служить потенциальным биомаркером. «Защитные гены стали бы молекулярным биосенсором, который морские экологи могли бы использовать для контроля генетического стресса в природных популяциях аппендикулярий и других организмов, подверженных воздействию цветения водорослей в их среде обитания, а затем оценивать потенциальное влияние цветений, связанных с изменением климата», — говорит исследователь.

Эти результаты открывают новую область исследований для команды Университета Барселоны. «Статья закладывает основы новой исследовательской линии в области EcoEvoDevo — на стыке экологии, биологии развития и эволюции, — которая будет изучать, готовы ли эмбрионы морских организмов реагировать на изменение климата», — заключает Кристиан Каньэстеро.