vestnik-bio-msuВестник Московского университета. Серия 16. БиологияVestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 16. Biologiya0137-0952Lomonosov Moscow State University, School of Biologyvestnik-bio-msu-705Research ArticleОРИГИНАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕRESEARCH ARTICLEРАЗВИТИЕ ПОТЕНЦИАЛЬНО ТОКСИЧНОЙ ЦИАНОБАКТЕРИИ DOLICHOSPERMUM FLOS-AQUAE (ANABAENA FLOS-AQUAE) В ВОДЕМАХ БОРЕАЛЬНОЙ ЗОНЫGROWTH OF TOXIC CYANOBACTERIA DOLICHOSPERMUM FLOS-AQUAE (ANABAENA FLOS-AQUAE) IN THE WATERS OF BOREAL ZONEКапковВ. И.KapkovV. I.

Капков Валентин Иванович – доктор биологических наук, профессор кафедры гидробиологии биологического факультета

119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12

Department of Hydrobiology

Leninskiye gory 1–12, Moscow, 119234

 

chelena45@mail.ruВасильеваС. Г.VasilievaS. G.

Васильева Светлана Геннадьевна – доктор биологических наук, научный сотрудник кафедры биоинженерии биологического факультета

119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12

Department of Bioengineering, School of Biology

Leninskiye gory 1–12, Moscow, 119234

vankat2009@mail.ruЛобаковаЕ. С.LobakovaE. S.

Лобакова Елена Сергеевна – доктор биологических наук, профессор, заместитель заведующего кафедры биоинженерии биологического факультета

119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12

Department of Bioengineering, School of Biology

Leninskiye gory 1–12, Moscow, 119234

elena.lobakova@rambler.ruМосковский государственный университет имени М.В. ЛомоносоваРоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian Federation2019180320197411926Copyright © Капков В.И., Васильева С.Г., Лобакова Е.С., 20192019Капков В.И., Васильева С.Г., Лобакова Е.С.Kapkov V.I., Vasilieva S.G., Lobakova E.S.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik-bio-msu.elpub.ru/jour/article/view/705

Целью настоящей работы стало исследование цикла развития цианобактерии Dolichospermum flos-aquae, вызывающей «цветение» воды в водоемах бореальной зоны. Массовое развитие D. flos-aquae в планктонной стадии обусловлено способностью реализовывать высокий биотический потенциал благодаря комбинации жизненно важных признаков, приобретенных в процессе эволюции, которые отсутствуют у партнеров по планктонному сообществу. К их числу относятся: адаптация к определенной температуре роста; низкая потребность в биогенных элементах; азотофиксация и внутриклеточная аккумуляция фосфатов; способность трихомов к миграции, позволяющей занимать оптимальный для фотосинтеза горизонт в эвфотической зоне. Установлено, что D. flos-aquae во время планктонной стадии развития представляет собой популяцию гетероцитных трихомов, включающую вегетативные клетки разной степени зрелости, гетероцисты и акинеты, соотношение которых изменяется в течение жизненного цикла микроорганизмов. Как полагают в ряде исследований, выделяемые в среду первичные и вторичные метаболиты регулируют как рост собственной популяции D. flos-aquae, включая разрушение клеток на конечной стадии «цветения» и формирование акинет, так и ингибирование развития партнеров по сообществу. При доминировании одного вида токсичные метаболиты, выделение которых возрастает в годы с антициклональным типом погоды, снижают видовое разнообразие в планктоне, упрощая структуру биотического сообщества.

The aim of this work was to study the life cycle of cyanobacteria Dolichospermum flos-aquae, causing the «blooming» of waters of the boreal zone. The mass propagation of the D. flos-aquae in the plankton stage occurs due to their ability to realize high biotic potential, defined by the combination of features developed during evolution, which the other partners of the plankton community lack. These include: adaptation to a certain growth temperature; low demand for nutrients; nitrogen fixation and intracellular accumulation of phosphates; the ability of trichomes to migrate, allowing to occupy the optimal parts of euphotic zones for photosynthesis. It is established that during the planktonic stage the trichomes of D. flos-aquae consists of heterocysts and vegetative cells of different maturity, generosity and activity, the ratio of which changes throughout the life cycle of microorganisms. It is believed that the primary and secondary metabolites released by D. flos-aquae into the medium take part in the regulation of own population growth including the cell destruction at the final stage of «blooming», akinetes formation and the simultaneous suppression of propagation of community partners. With the dominance of one species, the released toxic metabolites increase in years with anticyclone type of weather, resulted in the reducing of species diversity and the simplifying of the biotic community structure.

цианобактерии«цветение» водыбиотический потенциалструктура сообществапервичные метаболитывторичные метаболитыцианотоксиныcyanobacteriaalgal bloomsbiotic potencystructure of communityprimary metabolitessecondary metabolitescyanotoxinsРоссийский научный фонд (проект № 16-14-00112)ReferencesPaerl H., Huisman J. Climate change: a catalyst for global expansion of harmful cyanobacterial blooms // Environ. Microbiol. Rep. 2009. Vol. 1. N 1. Р. 27–37.Paerl H., Huisman J. Climate change: a catalyst for global expansion of harmful cyanobacterial blooms // Environ. Microbiol. Rep. 2009. Vol. 1. N 1. Р. 27–37.Nozhevnikova A.N., Botchkova E.A., Plakunov V.K. Multi-species biofilms in ecology, medicine and biotechnology // Microbiology. 2015. Vol. 84. N 6. P. 731–750.Nozhevnikova A.N., Botchkova E.A., Plakunov V.K. Multi-species biofilms in ecology, medicine and biotechnology // Microbiology. 2015. Vol. 84. N 6. P. 731–750.Branda S., Vik S., Friedman L., Kolter R. Biofilms: the matrix revisited // Trends Microbiol. 2005. Vol. 13. N 1. P. 20–26.Branda S., Vik S., Friedman L., Kolter R. Biofilms: the matrix revisited // Trends Microbiol. 2005. Vol. 13. N 1. P. 20–26.Paerl H.W., Fulton R., Moisander P., Dyble J. Harmful freshwater algal blooms with an emphasis on cyanobacteria // Sci. World J. 2001. Vol. 1. P. 76–113.Paerl H.W., Fulton R., Moisander P., Dyble J. Harmful freshwater algal blooms with an emphasis on cyanobacteria // Sci. World J. 2001. Vol. 1. P. 76–113.Wiegand C., Pflugmacher S. Ecotoxicological effects of selected cyanobacterial secondary metabolites a short review // Toxicol. Applied Pharmacol. 2005. Vol. 203. N 3. Р. 201– 218.Wiegand C., Pflugmacher S. Ecotoxicological effects of selected cyanobacterial secondary metabolites a short review // Toxicol. Applied Pharmacol. 2005. Vol. 203. N 3. Р. 201– 218.Ibelings B.W., Backer L.C., Kardinaal W.E., Chorus I. Current approaches to cyanotoxin risk assessment and risk management around the globe // Harmful Algae. 2015. Vol. 40. P. 63–74.Ibelings B.W., Backer L.C., Kardinaal W.E., Chorus I. Current approaches to cyanotoxin risk assessment and risk management around the globe // Harmful Algae. 2015. Vol. 40. P. 63–74.Фёдоров В.Д., Капков В.И. Руководство по гидробиологическому контролю качества природных вод. Москва: Изд-во Моск. ун-та, 2000. 120 с.Фёдоров В.Д., Капков В.И. Руководство по гидробиологическому контролю качества природных вод. Москва: Изд-во Моск. ун-та, 2000. 120 с.Tilman D., Kiesling D., Sterner R., Keham S., Johnson F. Green, blue-green and diatom algae: taxonomic difference in competitive ability for phosphorus, silicon and nitrogen // Arch. Hydrobiol. 1986. Vol. 106. N 4. P. 473–485.Tilman D., Kiesling D., Sterner R., Keham S., Johnson F. Green, blue-green and diatom algae: taxonomic difference in competitive ability for phosphorus, silicon and nitrogen // Arch. Hydrobiol. 1986. Vol. 106. N 4. P. 473–485.Paerl H.W. Nutrient and other environmental controls of harmful cyanobacterial blooms along freshwater-marine continuum // Adv. Exp. Med. Biol. 2008. Vol. 619. Р. 216–241.Paerl H.W. Nutrient and other environmental controls of harmful cyanobacterial blooms along freshwater-marine continuum // Adv. Exp. Med. Biol. 2008. Vol. 619. Р. 216–241.Paerl H.W. Growth and reproductive strategies of freshwater blue-green algae // The ecology of freshwater phytoplankton / Ed. C.S. Reynolds. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1986. Р. 261–313.Paerl H.W. Growth and reproductive strategies of freshwater blue-green algae // The ecology of freshwater phytoplankton / Ed. C.S. Reynolds. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1986. Р. 261–313.Tilman D. Plant strategies and the dynamics and structure of plant communities. New Jersey: Princeton Univ. Press, 1988. 360 pp.Tilman D. Plant strategies and the dynamics and structure of plant communities. New Jersey: Princeton Univ. Press, 1988. 360 pp.Havens K.E. Cyanobacteria blooms: effects on aquatic ecosystems // Cyanobacterial harmful algal blooms: state of the science and research needs. Vol. 619. Advances in experimental medicine and biology / Ed. H.K. Hudnell. N.Y.: Springer-Verlag, 2008. P. 733–747.Havens K.E. Cyanobacteria blooms: effects on aquatic ecosystems // Cyanobacterial harmful algal blooms: state of the science and research needs. Vol. 619. Advances in experimental medicine and biology / Ed. H.K. Hudnell. N.Y.: Springer-Verlag, 2008. P. 733–747.Капков В.И., Лихачёва Н.Е., Фёдоров В.Д. Функциональные стратегии сине-зеленых водорослей и «цветение» воды // Бюлл. МОИП. Сер. биол. 2009. Т. 114. № 3. С. 411– 417.Капков В.И., Лихачёва Н.Е., Фёдоров В.Д. Функциональные стратегии сине-зеленых водорослей и «цветение» воды // Бюлл. МОИП. Сер. биол. 2009. Т. 114. № 3. С. 411– 417.Margalef R. Some concepts relative to the organization of plankton // Oceanogr. Marine Biol. Ann. Rev. 1967. Vol. 5. P. 257–289.Margalef R. Some concepts relative to the organization of plankton // Oceanogr. Marine Biol. Ann. Rev. 1967. Vol. 5. P. 257–289.Stomp M., Huisman J., Voros L., Pick F., Laamanen M., Haverkamp T., Stal J. Colorful coexistence of red and green picocyanobacteria in lakes and seas bacteria // Ecol. Lett. 2007. Vol. 10. N 4. P. 290–298.Stomp M., Huisman J., Voros L., Pick F., Laamanen M., Haverkamp T., Stal J. Colorful coexistence of red and green picocyanobacteria in lakes and seas bacteria // Ecol. Lett. 2007. Vol. 10. N 4. P. 290–298.Waters C.M., Bassler B.L. Quorum sensing cell to cell communication in bacteria // Ann. Rev. Cell Dev. Biol. 2005. Vol. 21. P. 319–346.Waters C.M., Bassler B.L. Quorum sensing cell to cell communication in bacteria // Ann. Rev. Cell Dev. Biol. 2005. Vol. 21. P. 319–346.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.