Учёные раскрыли секрет красной воды в озере Горячее на Кунашире

Необычный красно-рыжий цвет воды у берега озера Горячее на острове Кунашир заметили в июле сотрудники научного отдела заповедника "Курильский". Сначала ученые подумали, что это взвесь какой-то нехарактерной для данного места горной породы, однако изучив пробы под микроскопом, поняли, что окраску жидкости придают микроскопические рачки-эндемики острова.

Биоматериал отправили в Москву вместе с экспедицией Русского географического общества (РГО) из МГУ им. М.В. Ломоносова и Национального исследовательского университета "Высшая школа экономики", которые работали на Кунашире в августе и сентябре текущего года. В столице находку передали сотруднице Института проблем экологии и эволюции имени А.Н. Северцова РАН, карцинологу Елене Чертопруд. По ее словам, эти рачки относятся к группе видов, близких к широко распространенному на западе и севере Евразии виду Diacyclops languidus (D. languidus). Данный вид относится к роду диациклопов и типичен для моховых болот и эвтрофных (с высоким содержанием органического вещества) водоемов. Между тем, Diacyclops languidus относительно холодолюбив, известно, что яйца рачка перестают развиваться при температуре более 20 градусов Цельсия.

"Получается, что в озере Горячем, температура которого в летний период может быть и выше, этот вид бы прижиться не смог", — отметили в заповеднике "Курильский".

Из всех близких к D. languidus видов, экземпляры из озера Горячее по морфологии больше всего похожи на Diacyclops disjunctus. Однако этот вид был описан по рачкам, пойманным в водоемах Европы, что очень далеко от Курильских островов. Также в 1954-1964 годах всемирно известный японский исследователь Татсунори Ито находил похожих на D. disjunctus рачков в грунтовых водах Японии.

"Экземпляры вида из Японии несколько отличались от особей из европейской популяции. К сожалению, когда решили детально сравнить рачков из Европы и Японии, выяснилось, что материал из грунтовых вод в Японии плохо сохранился, и полноценное сравнение провести нельзя. Было предположено, что вид, найденный в Японии, является новым для науки", — рассказали в заповеднике.

Между тем, как пояснила Елена Чертопруд, рачки, обнаруженные в озере Горячее, скорее всего, не проникли в водоем из Японии, а всегда жили на острове Кунашир как самостоятельная группа.

"С большой вероятностью, и на Кунашире, и на Японских островах обитает один и тот же вид (рачков — ИФ) — Diacyclops sp. nov., популяции которого были разделены в ходе геологического формирования Курильской гряды и Японских островов. Вспышка численности рачков в озере Горячем, скорее всего, связана с выходом в него пластов грунтовых вод, в которых рачки обитали ранее. Пока это гипотеза", — сказала она.

Однозначно определить принадлежность рачков к определенному виду поможет детальный морфологический анализ особей и молекулярно-генетический анализ. Но описание вида, как отметила Чертопруд, дело не быстрое.

В целом, по данным заповедника, озеро Горячее не может похвастать большим разнообразием видов из-за довольно агрессивной среды (химического состава и высокой кислотности — средний рН озера Горячего = 2,7). Несмотря на это, известно, что там обитают два вида водяных клопов-гладышей, микроскопические ветвистоусые ракообразные — дафнии (Daphnia) и нитчатые водоросли. Теперь, по всей видимости, "список жильцов" пополнился и рачками вида Diacyclops sp. nov (предположительно).

Вместе с тем, новыми сведениями о ракообразных поделились в НИИ биологии Иркутского государственного университета (ИГУ, Иркутск). Специалисты изучили, как формируется окрас у рачков амфипод (разноногих раков, отряд Amphipoda) — эндемиков озера Байкал, и выяснили, что цвет их панцирю придают ранее неизученные белки, которые у других — не байкальских — ракообразных участвуют в распознавании запахов.

"Богатство расцветок байкальских рачков поражает: от практически прозрачных до темно-фиолетовых, красных и ярко-голубых. Разнообразие форм, размеров и раскраски этих удивительных организмов впечатлит любого, кто решит познакомиться с фауной древнего озера", — сообщил директор НИИ биологии ИГУ и соавтор исследования Максим Тимофеев.

Чтобы разобраться с причинами, определяющими такое разнообразие, ученые сравнили белковый состав разных представителей вида Eulimnogammarus cyaneus. Для этого вида хоть в целом и характерна голубая окраска тела с ярко-оранжевыми антеннами, но в популяциях встречаются и полностью оранжевые особи. Оказалось, что у оранжевых рачков по сравнению с голубыми резко снижено содержание двух белков.

Чтобы изучить белки, ученые определили последовательность их составляющих (аминокислотную последовательность) на секвенаторе, а потом ионизировали их и измерили отношение массы к заряду на масс-спектрометре. Анализ дал необычный результат: полученные белки оказались иными, ранее не характерными для десятиногих раков. Дополнительные эксперименты подтвердили, что именно эти белки связывают каротиноиды (природные пигменты).

"Мы ожидали, что обнаружим белки, похожие на те, что определяют цвет десятиногих раков, а найденные белки вовсе не проявляли существенного сходства ни с какими известными белками из открытой базы данных последовательностей белков Uniprot. Наконец похожие последовательности удалось найти в данных секвенирования других видов бокоплавов и таким образом предположить их происхождение", — отметила первый автор статьи, старший научный сотрудник НИИ биологии ИГУ Полина Дроздова.

Отличительная особенность всех этих последовательностей — наличие домена, характерного для семейства феромон/одорант-связывающих белков, добавила ученый. Белки этого семейства связываются с феромонами и летучими веществами, участвуя в распознавании запахов.

Кроме того, для них характерен небольшой размер и большая стабильность, что в совокупности делает перспективным создание сенсоров на летучие вещества на их основе. В последние годы появляется все больше свидетельств того, что эти белки могут связываться с самыми разными гидрофобными молекулами, но каротиноидов в этом списке еще не было.

"С фундаментальной точки зрения новый подкласс белков является крайне интересным примером независимого развития сходных механизмов окраски на основании разных молекул у разных групп ракообразных. С прикладной точки зрения, обнаруженные белки интересны как потенциальный материал для систем разделения сложных смесей органических веществ", — сказала Дроздова.

Проект по изучению окраски рачков-эндемиков Байкала реализуется на средства гранта президентской программы Российского научного фонда (РНФ). Результаты исследования опубликованы в журнале PeerJ.

Фото: Сергей Стефанов, с сайта заповедника "Курильский"