Полякова С.Л., Давидович Н.А.

Svetlana L. Polykova, Nickolai A. Davidovich

Карадагская научная станция имени Т.И. Вяземского – природный заповедник РАН
(Феодосия, Россия)
 

УДК 582.26+574

Мониторинг численности, выполнявшийся в течении года с еженедельным отбором проб в акватории Карадагского заповедника, показал практически постоянное присутствие клеток токсикогенных видов Pseudo-nitzschia calliantha Lundholm, Moestrup et Hasle и P. pungens (Grunow ex Cleve) Hasle. Выявлены временные «всплески» численности. Изучены размерные характеристики популяций видов P. calliantha и P. pungens. Определено, на какой стадии жизненного цикла находится большинство клеток в популяции в разное время года.

Ключевые слова: диатомовые водоросли; Pseudo-nitzschia calliantha; Pseudo-nitzschia pungens; численность, размеры; жизненный цикл

В Черном море род Pseudo-nitzschia представлен шестью видами, и все они являются потенциально токсикогенными (Рябушко и др., 2008). Результатом мониторингового исследования акватории Карадагского заповедника стало выявление присутствия, по крайней мере, двух видов – Pseudo-nitzschia pungens (Grunow ex Cleve) Hasle и Pseudo-nitzschia calliantha Lundholm, Moestrup et Hasle.

P. pungens имеет линейные и веретеновидные клетки, на ¹/₃ соединенные между собой концами. Размерный диапазон варьирует от 61 до 174 мкм (Rivera, 1985; Cusack et al., 2004). У P. calliantha клетки линейные, одиночные. Соприкасаясь остроконечными концами, они образуют колонии. Апикальная длина клеток от 40 до 110 мкм (Caroppo et al., 2005; Orlova et al., 2008). Оба вида являются токсикогенными (продуцируют домоевую кислоту) и могут вызывать «цветение» воды (Horner, Postel, 1993; Lundholm et al., 2003). P. calliantha и P. pungens встречаются в фитопланктоне Черного моря (Рябушко, 2003).

Диатомовые водоросли имеют цикл развития, состоящий из двух фаз. В дорепродуктивной фазе происходит постепенное уменьшение длины клеток (Round et al., 1990).  После достижения клетками определенной длины (Geitler, 1932), равной у большинства видов 45–55% от максимального видоспецифического размера (Davidovich, 2001), наступает генеративная фаза развития. Знание распределения размеров клеток в популяции позволяет установить, на какой стадии развития находится популяция, какая ее часть остается в дорепродуктивной фазе, а какая уже вошла в репродуктивную. Это является основанием для прогнозирования возможного наступления полового воспроизведения в популяции, и, кроме того, позволяет оценить эффективную долю популяции, т.е. величину, которая участвует в половом воспроизведении и передаче генетической информации следующему поколению. Изучение динамики численности клеток Pseudo-nitzschia в районе Карадагской биостанции показало, что клетки присутствовали в пробах в течение всего периода их отбора, однако количественно были представлены в разной степени. Наибольшая концентрация клеток отмечена весной, с конца марта по конец мая. Некоторое увеличение концентрации клеток наблюдали также в августе.

Средняя длина клеток в природной популяции также оказалась весьма изменчивой величиной. С августа 2017 г. по февраль 2018 г. средняя длина клеток P. calliantha в природной популяции у берегов Карадага уменьшилась примерно на 30%, а в течение двух последующих месяцев, с февраля по апрель 2018 г., увеличилась более чем на треть. Маловероятным представляется предположение, что какой-то размерный класс получил преимущества и увеличил свою численность по сравнению с другими размерными классами, что и привело в конечном итоге к увеличению среднего размера клеток в популяции. Гораздо более обоснованным является другое объяснение, следующее из теории жизненного цикла диатомовых. У большинства диатомовых водорослей постоянное уменьшение средних размеров клеток в популяции компенсируется вследствие полового воспроизведения и связанного с ним формирования ауксоспор и инициальных клеток. Увеличение средних размеров клеток мы можем соотнести, таким образом, с прошедшим в популяции половым воспроизведением и ауксоспорообразованием.

Появление крупных клеток хорошо согласуется с наблюдавшейся динамикой численности. Именно в конце марта – апреле концентрация клеток Pseudo-nitzschia, представленная в отбираемых пробах в основном P. calliantha, заметно возрастала. По нашему предположению (Davidovich, Bates, 1998) у представителей Pseudo-nitzschia массовое развитие (достижение численности на уровне «цветения») необходимо для обеспечения успешности полового воспроизведения. Это связано с необходимостью доставки гамет к месту сингамии. Сами гаметы у представителей Pseudo-nitzschia практически неподвижны. При этом половой процесс может реализоваться только если клетки–половые партнеры (будь то гаметангии или гаметы) окажутся в относительной близости. Понятно, что при существовании в планктоне для слияния гамет необходима либо достаточная плотность (численность) клеток, либо их исключительная подвижность, как, например, у несущих жгутик сперматозоидов центрических диатомей. Представители рода Pseudo-nitzschia, несмотря на то, что являются пеннатными, демонстрируют планктонный образ жизни. В планктоне, в трехмерном пространстве встретится половым партнерам гораздо сложнее, чем, например, на плоскости, поэтому такая мера, как достижение высокой численности, несомненно, будет способствовать оставлению потомства.

После увеличения численности в августе 2018 г. и, очевидно, связанного с этим периода ауксоспорообразования, в популяции присутствовали клетки, размер которых позволял им делиться вегетативно, но вступать в процесс полового воспроизведения они не могли, т.к. находились в дорепродуктивной фазе. В пробах попадались даже клетки, размер которых (наибольший из встретившихся — 96,4 мкм) был близок к максимальному видоспецифическому. В период с сентября 2017 г. по февраль 2018 г. клетки в популяции, делясь вегетативно, уменьшались в размерах, и часть из них вошла в репродуктивную фазу. Среднее значение апикальной длины клеток за 7 месяцев уменьшилось на 14,5 мкм. В конце марта — апреле на пике численности в популяции снова прошло ауксоспорообразование и появились крупные клетки. Спектры размеров в августе 2017 г. и апреле 2018 г. практически совпадают, что говорит об одинаковом распределении популяции по фазам жизненного цикла.

Таким образом, анализ динамики численности и размеров клеток в популяции приводит нас к выводу о том, что у Pseudo-nitzschia calliantha изменение численности тесно связано с этапами ауксоспорообразования. Следовательно, имея данные, достаточные для анализа жизненного цикла и распределения популяции по фазам жизненного цикла, можно прогнозировать наступление периодов массового развития («цветения») этого вида. Можно допустить также, что аналогичная закономерность присуща другим представителям рода Pseudo-nitzschia.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данном сообщении.

Список литературы

1. Рябушко Л.И. Потенциально опасные микроводоросли Черного и Азовского морей. – Севастополь: ЭКОСИ–Гидрофизика, 2003. – 288 с.
2. Рябушко Л.И., Бесиктепе С., Едигер Д., Илмаз Д., Зенгинер A., Рябушко В.И., Ли Р.И. Токсичная диатомовая водоросль Pseudo-nitzschia calliantha Lundholm, Moestrup et Hasle из Черного моря: морфология, таксономия, экология // Морской экологический журнал. 2008. Т.7, №3. С.51–60. DOI: https://doi.org/10.2478/v10279-012-0004-8.
3. Caroppo C., Congestri R., Bracchini L., Albertano P. On the presence of Pseudo-nitzschia calliantha Lundholm, Moestrup et Hasle and Pseudo-nitzschia delicatissima (Cleve) Heiden in the Southern Adriatic Sea (Mediterranean Sea, Italy) // Journal of Plankton Research. 2005. V.27, Is.8. P. 763–774. DOI: https://doi.org/10.1093/plankt/fbi050.
4. Cusack C., Raine R., Patching J.W. Occurrence of species from the genus Pseudo-nitzschia Peragallo in Irich Waters // Biology and Environment: Proceedings of the Royal Irish Academy. 2004. V.104B. P.55–74. DOI: https://doi.org/10.3318/BIOE.2004.104.1.55.
5. Davidovich N.A. Species specific sizes and size range of sexual reproduction in diatoms // Economou-Amilli A. (ed.). Proceedings of the 16th International diatom symposium. – Athens: Faculty of Biology, University of Athens, 2001. – P. 191–196.
6. Davidovich N.A., Bates S.S. Sexual reproduction in the pennate diatoms Pseudo-nitzschia multiseries and P. pseudodelicatissima (Bacillariophyceae) // Journal of Phycology. 1998. V.34(1). P.126–137. DOI: https://doi.org/10.1046/j.1529-8817.1998.340126.
7. Geitler L. Der Formwechsel der pennaten Diatomeen (Kieselalgen) // Archiv für Protistenkunde. 1932. Bd. 78. P.1–226.
8. Horner R.A., Postel J.R. Toxic diatoms in western Washington waters (U.S. West Coast) // Hydrobiologia. 1993. V.269/270. P. 197–205. DOI: https://doi.org/10.1007/BF00028018.
9. Lundholm N., Moestrup Ø., Hasle G.R., Hoef-Emden K. A study of the Pseudo-nitzschia pseudodelicatissima/cuspidata complex (Bacillariophyceae): what is P. pseudodelicatissima? // Journal of Phycology. 2003. V.39(4). P.797–813. DOI: https://doi.org/10.1046/j.1529-8817.2003.02031.x.
10. Orlova T.Y., Stonik I.V., Aizdaicher N.A., Bates S.S., Léger C., Fehling J. Toxicity, morphology and distribution of Pseudo-nitzschia calliantha, P. multistriata and P. multiseries (Bacillariophyta) from the northwestern Sea of Japan // Botanica Marina. 2008. V.51. P. 297–306. DOI: https://doi.org/10.1515/BOT.2008.035.
11. Round F.E., Crawford R.M., Mann D.G. Diatoms: biology and morphology of the genera. – Cambridge: Cambridge University Press, 1990. – 747 p.

Статья поступила в редакцию 1.06.2019
Статья принята к публикации 21.07.2019

Об авторах

Полякова Светлана Леонидовна – Svetlana L. Polykova

младший научный сотрудник, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Карадагская научная станция им. Т.И. Вяземского – природный заповедник РАН», Феодосия, Россия (Federal State Budget Scientific Institution «Karadag Scientific Station by T.I. Vyazemsky – Nature Reserve of RAS», Feodosiya, Russia)

svietlana.poliakova.77@mail.ru

Давидович Николай Александрович – Nickolai A. Davidovich

кандидат биологических наук
ведущий научный сотрудник, зав. лабораторией водорослей и микробиоты, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Карадагская научная станция им. Т.И. Вяземского – природный заповедник РАН», Феодосия, Россия (Federal State Budget Scientific Institution «Karadag Scientific Station by T.I. Vyazemsky – Nature Reserve of RAS», Feodosiya, Russia)

karadag-algae@yandex.ru

Корреспондентский адрес: 298188, Россия, Крым, г. Феодосия, пгт. Курортное, ул. Науки, 22. Телефон: +79788924522

ССЫЛКА:

Полякова С.Л., Давидович Н.А. Динамика численности и размерное распределение клеток токсикогенных видов из рода Pseudo-nitzschia у берегов Карадага (район Биостанции) // Вопросы современной альгологии. 2019. № 2 (20). С. 64–68. URL: http://algology.ru/1495

DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2019-2(20)-64–68

При перепечатке ссылка на сайт обязательна

Abundance dynamics and size distribution of cells of the toxicogenic species from the genus Pseudo-nitzschia near the coast of Karadag (next to the biological station)

Svetlana L. Polykova, Nickolai A. Davidovich

Karadag Scientific Station by T.I. Vyazemsky – Nature Reserve of RAS (Feodosiya, Russia)

Monitoring of the number of cells of toxicogenic species Pseudo-nitzschia calliantha and P. pungens carried out during one year with weekly sampling in the costal zone of the Karadag reserve. Temporary «bursts» of numbers were revealed. The size characteristics of populations of P. calliantha and P. pungens species were studied. It was determined at what stage of the life cycle is the majority of cells in the population at different times of the year.

Key words: diatoms; Pseudo-nitzschia calliantha; Pseudo-nitzschia pungens; number; size; life cycle.

References

1. Caroppo C., Congestri R., Bracchini L., Albertano P. On the presence of Pseudo-nitzschia calliantha Lundholm, Moestrup et Hasle and Pseudo-nitzschia delicatissima (Cleve) Heiden in the Southern Adriatic Sea (Mediterranean Sea, Italy). Journal of Plankton Research. 2005. V.27, Is.8. P. 763–774. DOI: https://doi.org/10.1093/plankt/fbi050.
2. Cusack C., Raine R., Patching J.W. Occurrence of species from the genus Pseudo-nitzschia Peragallo in Irich Waters. Biology and Environment: Proceedings of the Royal Irish Academy. 2004. V.104B. P. 55–74. DOI: https://doi.org/10.3318/BIOE.2004.104.1.55.
3. Davidovich N.A. Species specific sizes and size range of sexual reproduction in diatoms. In: Economou-Amilli A. (ed.). Proceedings of the 16th International diatom symposium. Faculty of Biology, University of Athens, Athens, 2001. P. 191–196.
4. Davidovich N.A., Bates S.S. Sexual reproduction in the pennate diatoms Pseudo-nitzschia multiseries and P. pseudodelicatissima (Bacillariophyceae). Journal of Phycology. 1998. V.34(1). P.126–137. DOI: https://doi.org/10.1046/j.1529-8817.1998.340126.
5. Geitler L. Der Formwechsel der pennaten Diatomeen (Kieselalgen). Archiv für Protistenkunde. 1932. Bd. 78. P.1–226.
6. Horner R.A., Postel J.R. Toxic diatoms in western Washington waters (U.S. West Coast). Hydrobiologia. 1993. V.269/270. P. 197–205. DOI: https://doi.org/10.1007/BF00028018.
7. Lundholm N., Moestrup Ø., Hasle G.R., Hoef-Emden K. A study of the Pseudo-nitzschia pseudodelicatissima/cuspidata complex (Bacillariophyceae): what is P. pseudodelicatissima? Journal of Phycology. 2003. V.39(4). P.797–813. DOI: https://doi.org/10.1046/j.1529-8817.2003.02031.x.
8. Orlova T.Y., Stonik I.V., Aizdaicher N.A., Bates S.S., Léger C., Fehling J. 2008. Toxicity, morphology and distribution of Pseudo-nitzschia calliantha, P. multistriata and P. multiseries (Bacillariophyta) from the northwestern Sea of Japan. Botanica Marina. V.51. P.297–306. DOI: https://doi.org/10.1515/BOT.2008.035.
9. Round F.E., Crawford R.M., Mann D.G. Diatoms: biology and morphology of the genera. Cambridge University Press, Cambridge, 1990. 747 p.
10. Ryabushko L.I. Potentsialno opasnye mikrovodorosli Chernogo i Azovskogo morey [Potentially dangerous microalgae of the Black and Azov Seas]. EKOSI–Gidrofizika, Sevastopol, 2003. 288 p. (In Russ.)
11. Ryabushko L.I., Besiktepe S., Ediger D., Yilmaz D., Zenginer A., Ryabushko V.I., Lee R.I. Toksichnaya diatomovaya vodorosl Pseudo-nitzschia calliantha Lundholm, Moestrup et Hasle iz Chernogo morya: morfologiya, taksonomiya, ekologiya [Toxic diatom of Pseudo-nitzschIa calliantha Lundholm, Moestrup et Hasle from the Black Sea: morphology, taxonomy, ecology]. Morskoy ecologicheskiy zhurnal. 2008. V.7, 3. P. 51–60. (In Russ.) DOI: https://doi.org/10.2478/v10279-012-0004-8.

Authors

Polykova Svetlana L.

ORCID – https://orcid.org/0000-0002-1551-3031, eLIBRARY Author ID – 976415

Karadag Scientific Station by T.I. Vyazemsky – Nature Reserve of RAS, Feodosiya, Russia

svietlana.poliakova.77@mail.ru

Davidovich Nickolai A.

ORCID - https://orcid.org/0000-0002-3510-0453, Scopus Author ID - 6603538737, ResearcherID - G-2304-2017, РИНЦ Author ID - 753282.

Karadag Scientific Station by T.I. Vyazemsky – Nature Reserve of RAS, Feodosiya, Russia

karadag-algae@yandex.ru

ARTICLE LINK:

Polykova S.L., Davidovich N.A. Abundance dynamics and size distribution of cells of the toxicogenic species from the genus Pseudo-nitzschia near the coast of Karadag (next to the biological station). Voprosy sovremennoi algologii (Issues of modern algology). 2019. № 2 (20). P. 64–68. URL: http://algology.ru/1495

DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2019-2(20)-64–68

When reprinting a link to the site is required

Уважаемые коллеги! Если Вы хотите получить версию статьи в формате PDF, пожалуйста, напишите в редакцию, и мы ее вам с удовольствием пришлем бесплатно. 
Адрес - info@algology.ru

На ГЛАВНУЮ

Карта сайта

КОНТАКТЫ

Email: info@algology.ru

Изготовление интернет сайта
5Dmedia

ЛИЦЕНЗИЯ

Эл N ФС 77-22222 от 01 ноября 2005г.

ISSN 2311-0147