CC BY
19
УДК 582.232
Д. А. Давыдов1, Е. А. Боровичев1'2
1 Полярно-альпийский ботанический сад-институт им. Н.А. Аврорина КНЦРАН, Апатиты
2Институт проблем промышленной экологии Севера КНЦ РАН, Апатиты
О ПРОВЕДЕНИИ I МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНОЙ ШКОЛЫ-КОНФЕРЕНЦИИ «ЦИАНОПРОКАРИОТЫ (ЦИАНОБАКТЕРИИ): СИСТЕМАТИКА, ЭКОЛОГИЯ, РАСПРОСТРАНЕНИЕ»
Аннотация. Представлен обзор результатов I Международной научной школы-конференции «Цианопрокариоты (цианобактерии): систематика, экология, распространение», которая состоялась с 5 по 9 сентября 2016 г. в Апатитах (Мурманская область, Россия). Работа совещания проходила в рамках пяти секций (морфология и систематика цианопрокариот, молекулярно-генетические исследования, экология цианопрокариот, токсикология, биологически-активные вещества, флора и биогеография цианопрокариот, методы сбора, культивирования, идентификации цианопрокариот). Проведены три полевые экскурсии, на которых продемонстрированы методы сбора цианопрокариот в наземных и водных экосистемах. Была организована микроскопная сессия с демонстрацией некоторых сложных в определении групп и обзором принципов морфологической идентификации видов.
Ключевые слова: цианопрокариоты, цианобактерии, конференция, экология, систематика, распространение
D. A. Davydov, E. A. Borovichev THE 1-ST INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE AND THE FIELD COURSE «СYANOPROKARYOTA (CYANOBACTERIA): SYSTEMATICS, ECOLOGY AND DISTRIBUTION»
Abstract. The article presents the review of first international scientific conference and the field course «Cyanoprokaryota (Cyanobacteria): systematics, ecology, distribution», which took place from 5 till 9 September 2016 in Apatity (Murmansk region, Russia). The conference was attended by about 30 specialists. Five sections were organized; morphology, systematics and taxonomy, phylogeny and classification, floristic studies and diversity, ecology, toxic cyanoprokaryotes, collection methods, cultivation, identification. During three field trips the methods of cyanoprokaryota collection in terrestrial and aquatic habitats were demonstrated, and during the microscopy session identification of some difficult groups was discussed, as well as principles of the morphological identification of species.
Key words: Cyanoprokaryota, Cyanobacteria, conference, systematics, diversity, ecology
Введение
Лаборатория флоры и растительных ресурсов Полярно-альпийского ботанического сада-института им. Н. А. Аврорина КНЦ РАН (ПАБСИ) является признанным центром изучения криптогамных организмов - мхов, печеночников, лишайников, а с 2002 года здесь ведутся планомерные исследования наземных цианопрокариот Арктики и Субарктики. В Институте проблем промышленной экологии Севера КНЦ РАН (ИППЭС) имеются давние традиции микробиологических исследований, в основном, почвенных грибов, бактерий, в последние годы цианопрокариот. В настоящее время Апатиты стали одним из центров изучения цианопрокариот в России, и недаром именно здесь с 5 по 9 сентября 2016 г. прошла 1-ая Международная научная школа-конференция «Цианопрокариоты (цианобактерии): систематика, экология, распространение».
Конференция была организована ПАБСИ совместно с ИППЭС и Мурманским отделением Русского ботанического общества, на базе Кольского научного центра РАН, при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ).
На школу-конференцию было заявлено 65 докладов от участников из России, Белоруссии, Украины, Индии, Израиля, Грузии. Непосредственно в работе школы-конференции приняли участие 30 иногородних специалистов. Работа совещания проходила в рамках пяти секций (морфология и систематика цианопрокариот, молекулярно-генетические исследования, экология цианопрокариот, токсикология, биологически-активные вещества, флора и биогеография цианопрокариот, методы сбора, культивирования, идентификации цианопрокариот) и Круглого стола.
На секции «Морфология и систематика цианопрокариот; молекулярно генетические исследования» большое внимание было уделено современным взглядам на систематику цианопрокариот, основная сложность которой заключается в том, что номенклатура регламентируется сразу двумя кодексами: Международным кодексом ботанической номенклатуры (ГСВ^ и Международным кодексом номенклатуры бактерий (ICNB), что определяет и наличие нескольких подходов к классификации цианопрокариот. Доминирующим, как исторически, так и по количеству приверженцев среди исследователей в мире, выступает традиционный ботанический подход к описанию видов на основе образцов, собранных в живой природе без обязательного выведения чистых культур, на основе анатомо-морфологических признаков и экологических особенностей популяций, с учетом молекулярно-генетических данных (по возможности). Этим проблемам был посвящен обзорный доклад Д. А. Давыдова (ПАБСИ КНЦ РАН, Апатиты), в котором уделено особое внимание последним наиболее значимым изменениям в системе цианопрокариот, а именно, разделению класса на 4 подкласса: Gloeobacteriophycidae, Synechococcophycidae, Oscillatoriophycidae,
Nostochophycidae, из которых первый и последний являются монофилетичными. Докладчик сделал вывод, что очевидным вектором прогресса систематики цианопрокариот на сегодняшний день остается дальнейшее совершенствоание филогенетических систем.
Этот тезис нашел развитие в докладе О. В. Гавриловой (СПбГУ, Санкт-Петербург), посвященном распространению генов микроцистинсинтазного кластера в России. Методом ПЦР с использованием специфичных праймеров
выявлены ключевые гены кластера mcy в образцах планктона ряда крупных озер (Ладожское, Онежское, Байкал), а также в малых водоемах Южного Урала, Прибайкалья, Северо-Запада и Центральной части России. Анализ лабораторных штаммов, выделенных из тех же самых местообитаний, свидетельствует о наличии этого кластера и у других родов одноклеточных и трихомных цианобактерий. Самым распространенным в исследованных регионах является ген mcyA. Последовательности генов mcy группируются на дендрограмме в кластеры, частично отражающие географические области сбора проб, что указывает на возможность их горизонтального переноса.
Темой доклада Н. В. Величко с соавт. (СПбГУ, Санкт-Петербург) стала вариабельность таксономически важных признаков у осциллаториевых цианобактерий в лабораторных условиях и возникающие в связи с нею проблемы идентификации. Авторы провели морфологический, филогенетический и молекулярно-генетический анализ с целью определения таксономического статуса 30 представителей цианобактерий родов OsciПatoria, Leptolyngbya, Planktothrix, Arthrospira, Limnothrix, Pseudanabaena, Geitlerinema, Symploca и Prochlorothrix в культурах CALU и обосновали, в частности, важную роль филогенетических анализов последовательности гена 168 рРНК и более чувствительных методов ДНК-фингерпринта и рестрикционного анализа, которые достаточно широко используются для уточнения внутриродового статуса цианобактерий.
Доклад С. В. Смирновой и Р. Н. Беляковой (БИН РАН, Санкт-Петербург) посвящен описанию новых видов из рода Stichosiphon. Авторы представили тезис о том, что, несмотря на активное внедрение молекулярных методов в систематику цианопрокариот, новые виды могут быть описаны и только на основе морфологических признаков. Виды рода Stichosiphon сложны для определения, поскольку разные стадии развития одного и того же вида морфологически существенно отличаются друг от друга, и ювенильные экземпляры одного вида могут быть похожи на другие виды этого рода или на представителей других родов Chamaesiphon и Heteroleibleinia. Авторы обратили внимание на то, что для корректной идентификации необходимо рассматривать зрелые псевдонити.
Экологические особенности различных видов и популяций цианопрокариот были рассмотрены в ряде выступлений на секции «Экология цианопрокариот». Пленарный доклад С. Ф. Комулайнена (Институт биологии КарНЦ РАН, Петрозаводск) был посвящен экологическим особенностям перифитонных цианопрокариот в реках Восточной Фенноскандии. На основе многолетних исследований на 342 станциях в реках были выявлены ведущие рода по числу видов в альгофлоре и выделены три группы видов в зависимости от их экологии - планктонные, амфибиальные и типичные реофильные. В докладе были затронуты проблемы изучения структуры и динамики цианопрокариот в перифитоне рек и использования полученных данных для оценки состояния водотоков. Проблемы связаны с методическими трудностями, а также недостаточной эколого-географической изученностью водорослей.
В докладе С. С. Бариновой (Институт Эволюции Университета Хайфы, Израиль) была выявлена роль цианобактерий в оценке влияния климатических градиентов на сообщества водорослей и показана возможность проведения биоиндикации с использованием цианобактерий, поскольку водорослевые
сообщества постоянно реагируют на изменения окружающей среды. Векторы изменений водорослевых сообществ с увеличением широты и высоты местообитания хорошо коррелируют с соответствующими климатическими градиентами. Логичным продолжением этого доклада стал пленарный доклад Е. Н. Патовой и М. Д. Сивкова (Институт биологии КомиНЦ УрО РАН, Сыктывкар), посвященный изучению экологических особенностей и функциональных показателей сообществ тундровых цианопрокариот. В высокоширотных регионах значительную роль в сложении растительного покрова играют криптогамные корки, важным функциональным компонентом которых являются цианопрокариоты, благодаря своей уникальной способности к автотрофии по углероду и азоту. Оценка вклада цианопрокариотных корок в балансы углерода и азота необходима для моделирования глобальных процессов, происходящих в высокоширотных и горных регионах при изменении климата Земли. Исследователи провели полевые измерения суточной динамики нитрогеназной активности методом ацетиленовой редукции и показали существенный вклад цианопрокариотных корок в азотный баланс равнинных и горных тундр. Исследованию урбанизированных экосистем, испытывающих высокую антропогенную нагрузку, был посвящен доклад Е. В. Николаевой с соавт. (СПбГУ, Санкт-Петербург).
Пожалуй, наиболее актуальным направлением, имеющим огромное практическое значение, является изучение токсичных видов цианопрокариот и вредоносного водорослевого «цветения» (Harmful Algal Blooms), когда антропогенная эвтрофикация водоемов приводит к нарушению экологического баланса и массовому развитию отдельных видов водорослей. При современном состоянии водных экосистем это явление становится все более частым и опасным из-за токсических эффектов. Пленарный доклад с обзором состояния этого вопроса в России на секции «Токсикология, биологически-активные вещества» сделала Е. Ю. Воякина (СПбНИЦ экологической безопасности, Санкт-Петербург). Тема получила развитие в докладе С. И. Сиделева (ЯрГУ, Ярославль) о филогеографии и инвазии в северные широты тогсигенной тропической цианобактерии Cylindrospermopsis raciborskii. Обнаружению токсинов цианобактерий в водопроводной воде и апробации методов их удаления был посвящен совместный доклад Д. Н. Плигина и С. И. Сиделева (ЯрГУ, Ярославль).
Другим важным практическим направлением в изучении цианопрокариот является получение биологически-активных веществ из цианобактерий. Это направление было ярко представлено в докладе О. В. Гавриловой, который вызвал большой интерес аудитории.
Наибольше число участников конференции представили свои результаты на секции «Флора и биогеография цианопрокариот». Доклады были посвящены изучению региональных флор цианопрокариот в различных экотопах. Ф. В. Сапожников с соавт. (Институт океанологии им. П. П. Ширшова, Москва) рассказал о цианопрокариотах Большого Аральского моря, С. А. Садогурская (Никитский ботанический сад, Ялта) - об альгофлоре морской каменистой супралиторали Крыма, К. К. Горин (ДДЮТ Выборгского района СПб, Санкт-Петербург) и Р. Н. Белякова (БИН РАН, Санкт-Петербург) - о цианопрокариотах прибрежных биотопов Невской губы. Доклад Я. И. Гульченко и О. П. Баженовой (Омский государственный аграрный университет, Омск) был посвящен
планктонным цианопрокариотам Омского Прииртышья, цианопрокариоты Белоярского водохранилища были изучены в работе Т. В. Еремкиной (Уральский филиал ФГБНУ «Госрыбцентр», Екатеринбург), доклад А. Ю. Бурдо (СПбГУ, Санкт-Петербург) рассматривал флору цианопрокариот некоторых искусственных водоемов Санкт-Петербурга. Серьезное обобщение по изучению цианопрокариот озера Имандра (Мурманская область) сделали Д. Б. Денисов и П. А. Кашулин (ИППЭС КНЦ РАН, Апатиты). Цианопрокариотам разнотипных водоемов бассейна реки Косью на Приполярном Урале был посвящен доклад И. Н. Стерляговой и Е. Н. Патовой (Институт биологии Ком НЦ УрО РАН). Наземные цианопрокариоты в Астраханской области изучала Ю. В. Батаева (АГУ, Астрахань), в Мурманской области - В. В. Редькина с соавт. (ИППЭС КНЦ РАН, Апатиты), интересные литобионтные сообщества в карьерах Рускеала (Ленинградская область) описаны О. А. Кузнецовой с соавт. (СПбГУ, Санкт-Петербург). В докладе Д. А. Давыдова и Е. Н. Патовой рассмотрены проблемы географического анализа цианопрокариот на примере флоры Арктики.
На секции «Методы сбора, культивирования и идентификации цианопрокариот» рассказывали о создании коллекций культур цианопрокариот, которые призваны выполнять несколько задач. Во-первых, поддержание и пополнение фондов штаммами с целью дальнейшего их использования при проведении флористических, систематических, эволюционных, молекулярно-генетических исследований; во-вторых, использование выделенных штаммов как биотехнологических объектов для решения прикладных задач, таких как поиск перспективных видов водорослей для получения биодизеля, изучения токсичных видов, для биологической рекультивации и ремедиации техногенно-нарушенных земель, очистки сточных вод, производства удобрений и биологически активных веществ; в-третьих, научный и коммерческий обмен штаммами с ведущими европейскими исследовательскими центрами; в-четвертых, использование их в научно-образовательном процессе. На секции был сделан доклад И. В. Новаковской (Институт биологии Ком НЦ УрО РАН) и Е. Н. Патовой о коллекции живых культур Института биологии Коми НЦ. Одно из важных направлений в методологии изучения цианопрокариот - создание и наполнение различных баз данных. О развитии базы данных по экологии цианопрокариот был доклад С. С. Бариновой (Институт Эволюции Университета Хайфы, Израиль).
В постерной сессии были представлены доклады, которые также можно отнести к всем вышеперечисленным направлениям изучения цианопрокариот. Особый интерес вызвал доклад С. Г. Авериной и А. Д. Красновой (СПбГУ, Санкт-Петербург) с характеристикой культивируемых штаммов цианобактерий озера Степпед в Антарктиде. Два доклада Н. И. Черновой с соавт. (МГУ, Москва) были посвящены филогении и биохимии Arthrospira platensis. М. С. Емельянова. (СПбГУ, Санкт-Петербург) рассказала о коллекции микроорганизмов CALU.
В рамках школы-конференции прошел Круглый стол, на котором обсуждали изменения в систематике цианопрокариот, базы данных по биоразнообразию цианопрокариот, вопросы изучения экологии группы. В его работе приняли заинтересованное участие практически все участники конференции. В частности, в ходе обсуждения было отмечено, что приборная база и обеспеченность расходными материалами находится в критическом состоянии. Элементарные исследования цианопрокариот невозможны без
определения видов, что требует наличия микроскопов исследовательского класса. Цианопрокариоты имеют микронные размеры, а ряд диагностических признаков на дешевой и примитивной оптике, которой в основном пользуются в России, просто не видны. Методы молекулярно-генетических анализов стали привычными на западе, но их применение в России находится на начальном этапе. Оборудование лабораторий приборами для ПЦР - необходимое условие дальнейшего развития направления. Практически отсутствуют лаборатории, которые могли бы проводить анализ соединений цианотоксинов методом жидкостной хроматографии - тандемной масс-спектрометрии.
На сессии по микроскопии цианопрокариот прошли практические семинары по современным методам микроскопии и морфологической идентификации видов. Важной частью школы-конференции стали полевые экскурсии в Хибинские горы: на северо-восточный склон горы Вудъяврчорр, в долину оз. Малый Вудъявр и в Молибденовый рудник на горе Тахтарвумчорр и в Южное Сквозное ущелье. Во время экскурсий были продемонстрированы методы сбора образцов в природных популяциях, особенности местообитаний видов.
К началу совещания были опубликованы тезисы докладов конференции (Международная..., 2016).
Результатом пленарных и секционных заседаний, а также круглого стола стала резолюция, в которой участники совещания:
1. Отмечают необходимость проведения школ-конференций, посвященных различным аспектам изучения цианопрокариот, в связи с чем принято решение проводить такие конференции регулярно с интервалом в два года. Следующую школу-конференцию «Цианопрокариоты (цианобактерии): систематика, экология, распространение» предложено провести в Сыктывкаре на базе Института биологии Коми НЦ УрО РАН в 2018 г.
2. Отмечают увеличение внимания, со стороны специалистов к проблемам цианобактериального «цветения» водоемов и токсичности вод, что определяет качество вод и требует дальнейшего расширения исследований в этом направлении.
3. Подчеркивают, что, несмотря на широкое распространение в мировой практике филогенетических работ, основанных на молекулярно-генетических методах, в России пока они применяются недостаточно широко, в связи с чем, возникает определенная оторванность российских исследователей от мирового научного сообщества.
4. Рекомендуют обратить внимание отечественных исследователей на использование молекулярно-генетических методов в своих исследованиях.
5. Рекомендуют объединить усилия и развивать сотрудничество отельных узких специалистов и научных групп для решения фундаментальных научных проблем. Создание коллабораций между исследователями различных организаций позволит выйти отечественным ученым на мировой уровень.
6. Участники совещания выражают благодарность членам оргкомитета, сотрудникам ПАБСИ КНЦ РАН, ИППЭС КНЦ РАН, членам Мурманского отделения Русского ботанического общества за содействие в организации и проведении конференции.
Литература
Международная научная школа-конференция «Цианопрокариоты (цианобактерии): систематика, экология, распространение». Апатиты 5-9 сентября 2016 г. Тезисы докладов / Д. А. Давыдов, Е. А. Боровичев (ред.). -Апатиты: изд-во «К&М», 2016. - 140 с.
Дата поступления: 1.10.16
Сведения об авторах Давыдов Денис Александрович
кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Полярно-альпийского ботанического сада-института им. Н. А. Аврорина Кольского НЦ РАН, Апатиты, d_disa@mail.ru. Боровичев Евгений Александрович
кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института проблем промышленной экологии Севера Кольского НЦ РАН, Апатиты, borovichyok@mail .т.
