В ходе 20-летнего поиска водорослей и цианобактерий был обнаружен токсин, убивающий птиц
Загадочные смерти белоголовых орланов, крякв и других обитателей озер на юго-востоке США ставили ученых в тупик более 20 лет. После долгого изучения причуд цианобактерий, приклеивающихся к инвазивным водорослям, исследовательская группа нашла токсин, который мог быть виновником.
И это странно, сообщает команда 26 марта в журнале Science.
По прозвищу AETX, токсин имеет необычную химическую структуру, требующую строительных блоков, богатых бромом, говорит Сьюзен Уайлд, водный эколог из Университета Джорджии в Афинах. Тем не менее, эти строительные блоки брома обычно не в большом количестве содержатся в воде южных озер. Вот тут-то и начинается история жизни одного водоросля.
Тайна неизвестного токсина началась на озере в Арканзасе зимой 1994-1995 годов, когда произошла крупнейшая в стране необъяснимая гибель белоголовых орланов. Орлы, лысухи и некоторые другие птицы теряли координацию движений, с трудом летали и даже ходили, у них были судороги. Проверка мозга больных животных выявила участки неестественных микроскопических отверстий или вакуолей. К 1998 г. в шести штатах была подтверждена гибель птиц от одной и той же болезни, которая теперь называется ВМ, сокращенно от вакуолярной миелинопатии.
Уайльд заметил, что озера с отмершими растениями заросли густыми просторами зеленого инвазивного водного растения в форме бутылочной щетки, которое называется Hydrilla verticillata. В 2001 году она и несколько поколений студентов и международных сотрудников начали долгий путь изучения того, могут ли растения и цианобактерии иногда разрушать мозг.
«Это небезопасная тема для диссертации», - предупредила она будущих аспирантов. Не было ни денег, ни уверенности в успехе. Но «это так круто», - вспоминает она, как они говорили.
Одну подсказку можно получить, глядя на эту гидриллу под микроскопом, который может вызывать флуоресценцию определенных веществ. Это выявило пятнышки цианобактерий, цепляющиеся за нижнюю сторону листьев и защищающие свои колонии слизью. Некоторые другие цианобактерии, которые разбрызгиваются, как суп в воде, выделяют большое количество токсинов, которые убивают рыбу и представляют угрозу для плавающих людей, но цепляющиеся за листья обычно не представляли угрозы.
Эта цианобактерия оказалась новым видом (Aetokthonos hydrillicola). Также оказалось, что его трудно выращивать в лаборатории. Потребовалось два года после сбора материала из резервуара, прежде чем команда собрала достаточное количество цианобактерий для своего первого испытания, скармливая их водный раствор подопытным животным.
Этот суп из цианобактерий, похоже, совсем не беспокоил подопытных цыплят. Микроскопический анализ не обнаружил крошечных отверстий в их мозгу.
Затем исследователи задались вопросом, не происходит ли что-то странное с установкой лабораторной культуры. Они собрали дикорастущие сорняки с цианобактериями из озер с подтвержденными вспышками ВМ. Используя сложную лабораторную установку, чтобы определить, какие химические соединения производят бактерии, команда охотилась за необычными подозреваемыми. И там, в пятнах, отмечающих колонии бактерий, скрывалось ранее неизвестное соединение с обильными молекулами брома. Эти колонии действительно выделяли вещества, которые убивали подопытных животных. И предоставление соединений брома лабораторным колониям также сделало их токсинами.
Бром может попадать в озера из различных источников, как естественных, так и нет, таких как электростанции. Исследователи обнаружили, что инвазивная гидрилла создает экстремальные концентрации соединений брома, в 20 раз превышающие концентрации в донном иле озера и в 500-1000 раз превышающие концентрации в озерной воде. В конце лета теплая вода остается наверху озера, задерживая холодную, темную воду с низким содержанием кислорода внизу. Сорняк Hydrilla перестает цвести и начинает выделять соединения, богатые бромом. Именно тогда у цианобактерий появляются ингредиенты для создания смертельного токсина.
Недавно обнаруженный экзотический химический состав этих производителей токсинов не удивляет Джейсона Стаджича из Калифорнийского университета в Риверсайде, который изучает другие цианобактерии в своих генетических исследованиях микробной эволюции. Свободно плавающие цианобактерии вызывают токсическое цветение как в морской, так и в пресной воде (SN: 28.08.18). Но в эту группу зеленых бактерий также входят виды, создающие мир, который мы любим. Пустынные корки, которые изучает Стаджич (как и «хлебная корка», но на поверхности пустыни, как он говорит), формируются годами и зависят от сетей цианобактерий (SN: 10.12.19).
В этом случае, теперь, когда подозреваемый задержан, есть еще больше причин избавиться от захватчиков-гидрил, которые облегчают производство токсина. Водоплавающие птицы наедаются гидриллами и их бактериями и таким образом получают смертельную дозу токсина. Хищники, такие как орлы и совы, которые лакомятся этими водоплавающими птицами, также отравляются. В лаборатории токсин воздействует на других позвоночных, таких как земноводные и змеи. Знание состава токсина теперь позволит лаборатории проверить его воздействие на млекопитающих. С таким широким кругом потенциально уязвимых существ разгадка тайны не могла произойти достаточно быстро.