Как "красный прилив" выводит из строя конкурентов

Новое исследование показывает, как водоросли, вызывающие "красный прилив", полностью выводят из строя — но не убивают — другие виды водорослей. Работа демонстрирует, как химическая сигнализация между водорослями может запускать масштабные изменения в морской экосистеме.

Водоросли, вызывающие "красный прилив" (окрашивающие воду в красный цвет), обладают арсеналом молекул, которые выводят из строя некоторые другие водоросли. Поражённые водоросли не обязательно погибают, но их рост полностью останавливается. Это может частично объяснять, почему цветение может поддерживаться, несмотря на присутствие конкурентов.

В исследовании учёные использовали культивированные штаммы водорослей, вызывающих "красный прилив" (динофлагеллят Karenia brevis), подвергали водоросли-конкуренты воздействию выделяемых ими химических веществ, а затем проводили молекулярный инвентаризацию путей роста и метаболизма конкурентов.

Ключевые результаты:

  • Воздействие "красного прилива" значительно замедлило рост водоросли-конкурента (диатомеи Thalassiosira pseudonana) и нарушило её способность поддерживать здоровые клеточные мембраны.
  • T. pseudonana, подвергшаяся воздействию токсинов, росла на 85% медленнее, чем незатронутые водоросли.
  • "Красный прилив" нарушил энергетический метаболизм, механизмы клеточной защиты, способность регулировать жидкости и повысил окислительный стресс у конкурента.
  • Другой конкурент, диатомея Asterionellopsis glacialis (часто встречающаяся вместе с Karenia), оказалась частично устойчивой, что предполагает эволюцию резистентности.

Методология:

Впервые для изучения экологической конкуренции одновременно измерялись метаболиты и белки. Использовалась комбинация масс-спектрометрии высокого разрешения (для анализа метаболомов) и ядерного магнитного резонанса, а также протеомный анализ.

Значение:

Исследование помогает понять механизмы, влияющие на видовой состав планктонных сообществ, и показывает, что химические сигналы могут изменять крупномасштабные экосистемные процессы, включая первичную продукцию и круговорот питательных веществ в океане.

Исследование финансировалось Национальным научным фондом (NSF) и опубликовано 2 июня в Online Early Edition журнала Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Работа выполнена в сотрудничестве между Технологическим институтом Джорджии, Вашингтонским университетом и Бирмингемским университетом (Великобритания).