Маримо (Aegagropila brownii) — это вид, который в Японии имеет статус особо охраняемого природного памятника национального значения. Маримо обитают в озере Акан на Хоккайдо, где условия окружающей среды резко меняются в зависимости от сезона. Особое беспокойство вызывает период сразу после таяния льда ранней весной, когда низкие температуры воды сочетаются с сильным солнечным светом, создавая риск серьёзного повреждения фотосинтетической активности.
Исследование
Группа учёных под руководством Центра астробиологии провела детальную оценку фотосинтетической активности маримо в этот критический переходный период. В работе сочетались полевые наблюдения с лабораторными экспериментами. Результаты показали, что, хотя маримо поддерживают здоровую фотосинтетическую активность летом и в условиях зимнего ледяного покрова, их активность значительно снижается сразу после таяния льда. Однако было также обнаружено, что маримо могут восстановить эту функцию в течение следующих 20–30 дней.
Выводы
Полученные данные дают ценную информацию о сезонной уязвимости маримо и подчёркивают важность весны как критического периода для их сохранения. Исследование было опубликовано в журнале Phycological Research 28 сентября 2025 года.
Впервые на основе полевых данных исследование показало, что наиболее уязвимым периодом для маримо в течение года является время сразу после таяния льда. Изменения окружающей среды в этот период могут оказать существенное влияние на долгосрочное выживание маримо.
Маримо (Aegagropila brownii) — это пресноводная зелёная водоросль, известная тем, что образует красивые сферические скопления. В озере Акан на Хоккайдо крупные маримо объявлены особым природным памятником Японии и представляют собой уникальное мировое природное наследие.
Условия окружающей среды
Зимой озеро Акан покрыто толстым слоем льда и снега, которые действуют как «солнцезащитный козырёк», защищая маримо от жёсткого солнечного излучения. Однако во время сезонных переходов, которые происходят непосредственно перед образованием льда и сразу после таяния, на дне озера создаются суровые условия окружающей среды, характеризующиеся низкими температурами воды (1–4 °C) в сочетании с сильным солнечным светом. Это создаёт среду с низкой температурой воды и высоким уровнем освещённости (LT-HL), которая может серьёзно стрессовать фотосинтезирующие организмы.
В таких условиях маримо могут страдать от фотоингибирования — физиологического нарушения, при котором фотосистема II, белковый комплекс, ответственный за фотосинтез, повреждается из-за избытка световой энергии.
Хотя теоретически предполагалось, что риск фотоингибирования в условиях LT-HL существует, оставалось неясным, как именно маримо страдают в естественной озёрной среде в эти переходные периоды. Это исследование было направлено на устранение этого пробела в знаниях с помощью детальных полевых наблюдений и лабораторных экспериментов.
Методы исследования
Исследовательская группа провела сезонный мониторинг температуры воды и освещённости в заливе Чуруи озера Акан, а также сезонный отбор проб маримо. Их фотосинтетическая активность была оценена с помощью метода, называемого измерением флуоресценции хлорофилла PAM.
Результаты показали, что маримо, собранные летом (август) и в середине зимы, когда озеро было полностью покрыто льдом (март), поддерживали высокую фотосинтетическую активность, с показателями Fv/Fm около 0,6, что указывает на здоровое физиологическое состояние.
В то же время маримо, собранные сразу после таяния льда (начало апреля), демонстрировали значительно сниженные значения Fv/Fm, падающие примерно до 0,27 на поверхности, подверженной воздействию солнца, что ясно демонстрирует серьёзное фотоингибирование. Это говорит о том, что маримо, которые адаптировались к тёмным условиям подо льдом, испытали значительный физиологический стресс из-за внезапного воздействия интенсивного солнечного света после таяния.
Тем не менее маримо также продемонстрировали замечательную способность к восстановлению. К началу мая, через 20–30 дней после таяния льда, значения Fv/Fm восстановились примерно до 0,55, поскольку температура воды начала повышаться. Этот процесс восстановления был также подтверждён в лабораторных экспериментах, которые показали, что повреждённые клетки маримо, помещённые в условия слабого освещения, начали восстанавливать свою фотосинтетическую способность.
Влияние климатических изменений
В последние годы из-за последствий изменения климата в озере Акан наблюдается тенденция к задержке формирования льда и более раннему таянию. Это не просто означает более длительный тёплый период. Солнечная радиация чрезвычайно сильна в начале весны (с января по март), и в обычных условиях толстый слой льда и снега защищает маримо. Однако, если лёд тает раньше, маримо подвергаются воздействию интенсивного света в течение более длительного периода, пока температура воды остаётся низкой. Это вызывает опасения, что продолжительность воздействия суровой среды LT-HL будет увеличена, что облегчит накопление повреждений, вызванных светом.
Если восстановление от фотоингибирования не сможет идти в ногу с этими изменениями, вся популяция маримо может ослабнуть, что поставит под угрозу её будущее выживание. Кроме того, период, когда озеро покрыто льдом, сам по себе является важнейшим элементом, поддерживающим всю экосистему озера, и его сокращение или потеря, как ожидается, окажет глубокое влияние на взаимодействие между различными организмами.
Чтобы передать это драгоценное природное наследие будущим поколениям, крайне важно не только защитить физическую среду обитания, но и разработать научно обоснованные стратегии сохранения, которые сосредоточены на физиологических последствиях изменения климата для маримо, особенно на световом стрессе в этот уязвимый период.
Астробиологический аспект
Исследование также предлагает важные идеи с точки зрения астробиологии. Выяснение жизненных стратегий маримо, которые выдерживают и восстанавливаются после внезапного интенсивного светового стресса при таянии льда после пребывания в темноте подо льдом, даёт критические подсказки для понимания механизмов, с помощью которых жизнь может выживать в экстремальных внеземных условиях, таких как ледяные небесные тела.
Более того, изучение воздействия изменения климата Земли на этот уникальный экосистема предлагает ценный пример для рассмотрения того, как жизнь может реагировать и оставлять свои следы на планетах, которые испытали драматические экологические сдвиги. Это исследование является попыткой ответить на фундаментальный астробиологический вопрос: «Как жизнь выживает и развивается в экстремальных планетарных условиях?» — путём изучения форм жизни здесь, на Земле.
Источник: National Institutes of Natural Sciences.