На протяжении всего прошлого столетия считалось, что одноклеточные водоросли являются космополитами, то есть организмами, которые распространены в мире повсеместно. Они встречаются в разных типах экосистем и в данном случае являются убиквистами. А убиквисты — это организмы, живущие в различных экологических средах и экосистемах, различающихся по своим характеристикам.
Рекомендуем по этой теме:
8159
FAQ: Физиология микроводорослей

Это мнение было связано с пониманием того, что одноклеточные организмы легко могут разноситься ветром или птицами по земному шару, находить благоприятные для себя места обитания и занимать удобные экологические ниши. Вопросом «Являются ли одноклеточные водоросли космополитами или распространены более ограниченно?» занимается наука биогеография. На данный момент в этой науке происходят сильные, коренные изменения. Имеется огромное число публикаций, которые начинаются заголовком, гласящим, что мы должны уйти от понимания космополитизма у водорослей и перейти к пониманию того, что эти организмы ограниченно распространены по земному шару.

Одни из первых идей о том, что водоросли могут быть космополитами, уходят к идеям и работе Чарльза Дарвина. Во время своего путешествия на своем корабле он собрал пыль, различные остатки со своих парусов в Индийском океане и послал эти материалы известному немецкому альгологу Кристиану Эренбергу, который увидел в них одноклеточные водоросли, известные ему из Европы. На этом основании были сделаны выводы, что эти водоросли легко переносятся ветром и также легко могут распространяться.

Эта идея космополитизма впоследствии была поддержана микробиологическими работами. Существовала теория Баас Бекинга, микробиолога, который утверждал, что все может существовать везде, но экологические условия определяют это существование. То есть эта идея заключалась в том, что микроорганизмы, в том числе бактерии, могут распространяться повсеместно и находить для себя удобные экологические условия.

Из этой теории возникает несколько выводов. Первый вывод гласит, что при повсеместном распространении одноклеточных водорослей можно использовать те же самые определители для изучения водорослей, что и в Европе, в Африке, Антарктиде, Австралии и других регионах. Это довольно парадоксальная идея, если даже представить ее человеку, который не занимается биологией. Представьте, что для изучения высших растений можно взять определитель из Европы и отправиться с ним в джунгли для определения высших растений. Но, как бы парадоксально это ни звучало, именно эта идея существовала примерно до 1991 года, когда определители по одноклеточным водорослям были подготовлены для Центральной Европы, а использовались во всем мире.

Вторым выводом является то, что в этом случае мы можем использовать водоросли для оценки экологических условий в различных концах света. Но если мы говорим о том, что эти организмы распространены повсеместно и могут жить в разных условиях, то использование одноклеточных водорослей для экологического мониторинга очень проблематично. В настоящее время одноклеточные водоросли и диатомовые, являющиеся необычной группой водорослей, которые имеют кремнеземный панцирь, широко используются для анализа экологического состояния водоемов. Это диатомовые индексы, которые распространены и используются в Европе, в Северной Америке и Южной Африке. И изменение точки зрения на то, что водоросли не являются космополитами, помогает нам давать более точную экологическую характеристику водоемам и оценивать те изменения, которые в них происходят.

Со временем менялись мнения ученых, и в настоящее время мы приходим к концепции умеренного эндемизма. Это связано с проведением работ, где было показано, что в разных регионах существуют абсолютно разные виды. Это очень плодотворная работа систематиков водорослей, которые стали использовать различные, более тонкие методы: молекулярно-генетические, методы электронной микроскопии. Используются и физиологические методы во время оценки различных физиологических проявлений. Или, например, изучение полового процесса.

Было показано, что среди водорослей встречаются криптические и псевдокриптические таксоны. Криптические таксоны подразумевают под собой морфологически идентичные виды, но генетически различаются. То есть процесс видообразования идет изначально на основе каких-то мутаций, изменений генетических последовательностей, а морфология меняется в дальнейшем. Псевдокриптические виды очень близки морфологически, но при их изучении молекулярно-генетическим методом оказывается, что эти таксоны различаются и можно найти небольшие морфологические различия.

Среди одноклеточных водорослей очень широко представлены криптические таксоны в разных регионах мира. Для экологического мониторинга и практического использования водорослей нужно понимать, что могут встречаться криптические таксоны, которые могут быть морфологически очень близки между собой, но различаться биологией или генетическими последовательностями. Это важно, потому что в настоящее время мы уходим только от морфологической оценки видов и переходим к баркодингу, то есть к штрихкодированию, когда для отдельных групп организмов разработаны довольно короткие, но информативные маркерные последовательности, которые могут использоваться для идентификации таксонов на молекулярно-генетическом уровне, а не на морфологическом уровне. Это следующий этап к созданию уже новой системы экологического мониторинга, использования одноклеточных водорослей в прикладных целях.

Рекомендуем по этой теме:
3992
Простейшие в микропалеонтологии

Таким образом, сама тема биогеографии одноклеточных водорослей является краеугольным камнем для их практического использования в различных сферах. И это в том числе и экологический мониторинг, и биотехнологии водорослей, оценка качества воды, палеогеография, поиск полезных ископаемых, криминалистика и нанотехнологии. Все это сферы, в которых водоросли используются очень широко в прикладном значении. Наши знания и использование этих водорослей строится на основании знания их систематики и биогеографии.

Если говорить об изучении биогеографии, то стоит обратиться в первую очередь к древним водоемам, поскольку именно изучение древних водоемов принесло очень большие открытия в плане систематики и биогеографии одноклеточных водорослей. Древние водоемы — это термин, который обозначает экосистемы, развивающиеся несколько миллионов лет. Более того, идут довольно мощные процессы видообразования, и эти экосистемы включают большое количество эндемичных таксонов.

Эндемики — это таксоны, которые распространены или встречаются в определенном месте и точке. Но многие думают, что эндемик — это организм, который встречается только в одном озере. На самом деле классификация эндемиков более широкая. Те организмы, которые встречаются только в одном озере, — это локальные эндемики. Но существуют и региональные — виды, которые встречаются в определенных регионах, на уровне континента. И если переходить к космополитам, то они являются организмами, которые встречаются или должны встречаться на всех континентах, в том числе и в Антарктиде.

У исследователей первой и основной идеей было посмотреть, что же встречается и живет в древних водоемах. Самым древним озером на Земле является Байкал. Эволюции Байкала более 30 миллионов лет. Прошли большие изменения в это геологическое время. Менялись и водные массы, и солнечные инсоляции, что приводило к изменению флор, к процессам видообразования в данном случае одноклеточных водорослей. Если посмотреть на состав одноклеточных водорослей, которые сейчас изучены довольно хорошо в Байкале, то мы можем увидеть, что Байкал включает большое количество эндемиков, которые нехарактерны для всего мира, что подтверждает идеи о том, что водоросли не являются космополитами. Либо мы можем увидеть, что ряд родов или виды распространены только в байкальском регионе, то есть в том регионе, который связан геологической историей, временем образования, климатическими процессами.

В Байкале и других древних водоемах встречается явление, которое называется species flock, или видовые пучки. То есть это ряд видов, которые морфологически очень близки, но либо генетически, либо на основе морфологического анализа можно сказать, что они произошли от общего предка. Видовые пучки характерны только для древних озер и только для соответственно определенных регионов. Например, озеро Байкал, Матана в Индонезии. То есть те озера, где эволюция шла довольно длительным путем.

Все эти примеры являются эволюционными, а это и наличие эндемизма, древние озера, наличие криптических видов, наличие видовых пучков в древних озерах, наличие большого количества видов, которые распространены на определенной территории или морфологически очень крупные. Их трудно перепутать с чем-то, и мы можем четко сказать, что они характерны для определенных регионов. Эти flagship таксоны, дифференциальные таксоны для определенных регионов как раз подтверждают идею о том, что большинство водорослей не являются космополитами, а являются видами с ограниченным распространением.

Рекомендуем по этой теме:
2927
Покоящиеся стадии планктона