Блог

Jun 18, 2023

Химические сигналы побуждают выращиваемые морские водоросли защищать себя

Поделитесь этим: По сравнению с наземными фермами, выращивание урожая под водой сопряжено с уникальными проблемами. Во-первых, аквафермеры не могут распылять пестициды, чтобы помочь своим культурам справиться с болезнями. «Аквафермеров арестовали

Поделись этим:

По сравнению с фермами на суше, выращивание сельскохозяйственных культур под водой сопряжено с уникальными проблемами. Во-первых, аквафермеры не могут распылять пестициды, чтобы помочь своим культурам справиться с болезнями. «Аквафермеров разоряют, когда поражает болезнь», — говорит биолог Флориан Вайнбергер из Центра океанических исследований имени Гельмгольца GEOMAR в Киле, Германия. «Любой пестицид немедленно смоется». Без каких-либо способов предотвратить их распространение паразиты и инфекции могут нанести огромный ущерб.

Теперь исследователи работают над новым способом защиты выращиваемых морских водорослей: стимулируя иммунную систему водорослей, чтобы организмы могли защитить себя.

Поскольку морские водоросли набирают популярность – в качестве пищи, биотоплива или добавки во многие продукты – от продуктов питания до косметики и фармацевтических препаратов – огромные подводные фермы простираются на десятки километров вдоль береговой линии в Азии и, все чаще, в Европе и Северной Америке. Во всем мире фермы по выращиванию водорослей ежегодно выращивают 30 миллионов тонн на сумму почти 7 миллиардов долларов США, причем крупнейшим производителем является Китай. К 2050 году эксперты прогнозируют, что производство может достичь 500 миллионов сухих тонн, что потенциально заменит до 20 процентов ископаемого топлива.

Как и большинство других живых существ, водоросли используют иммунный ответ, чтобы сохранить свое здоровье. В случае с наземными растениями биологам иногда удавалось использовать эту врожденную силу, используя подход, напоминающий то, как прививки повышают иммунитет человека. Подвергая растение воздействию остатков болезней, таких как белки, вырабатываемые патогенами, активируется его естественная самозащита, что позволяет ему легче отражать настоящую атаку. Несколько так называемых «индукторов устойчивости» уже продаются для защиты таких культур, как чеснок, дыня или табак.

Но может ли тот же подход сработать с морскими водорослями?

Чтобы изучить это, Вайнбергер сотрудничал с учёными из Китайского океанического университета в Циндао. Вайнбергер и его команда подвергли коммерчески выращиваемые водоросли воздействию вещества, которое производят сами водоросли. Когда морские водоросли подвергаются атаке болезнетворных микроорганизмов, они естественным образом выделяют нетоксичные сахариды или сахара. Соседние водоросли чувствуют эти химические вещества, что побуждает их усиливать собственную защиту, например, производя белки и другие соединения, обладающие противомикробным действием и помогающие водорослям бороться с бактериями и грибками.

Ученые обнаружили, что всего лишь одна еженедельная доза определенного сахарида снижает потери от болезней. Повышенный иммунный ответ морских водорослей также сделал их менее восприимчивыми к паразитическим микроводорослям.

«Подход очень интересный, и я ценю его экологичность», — говорит Клэр Гачон, патолог молекулярных растений из Шотландской ассоциации морских наук, которая не участвовала в исследовании. «Интенсификация выращивания водорослей быстро увеличивает экономическое бремя для фермеров. Мне сказали, что болезни на корейских фермах стали настолько серьезными, что их состояние транслируется по национальному телевидению».

На данный момент обработка, вызывающая устойчивость, лучше всего действует на саженцы водорослей, которые часто содержатся в переполненных выростных прудах. Поскольку патогены уничтожали меньшее количество водорослей, обработанные водоросли росли примерно в два раза плотнее, чем необработанные.

Еще одним приятным сюрпризом стало то, что саженцы Вайнбергера, индуцированные устойчивостью, росли так же быстро, как и их необработанные сверстники. Это было неожиданно, поскольку ученые считают, что организмы обычно воздерживаются от постоянного повышения своей иммунной защиты, поскольку для этого используется энергия, которую можно было бы использовать для других целей, например для роста. «Я был поражен», — говорит Вайнбергер.

Зрелые водоросли также лучше защищались от микроорганизмов при обработке, но они также привлекали больше ракушек и других вредителей.

Вайнбергер подозревает, что активизация иммунной системы морских водорослей изменила то, какие бактерии росли на их поверхности. Более сильный иммунный ответ мог привести к тому, что водоросли потеряли как полезные микроорганизмы, например те, которые защищают их от ракушек, так и вредные.

«Очевидно, мы перевыполнили нашу цель», — говорит Вайнбергер.

Вайнбергер надеется усовершенствовать этот подход, найдя вещества, которые заставят иммунную систему водорослей нацеливаться только на вредные микробы. Но сначала исследователям необходимо лучше понять сами микробиомы морских водорослей.