CC BY
36
2009
Известия ТИНРО
Том 158
УДК 577.16:582.26-119.2
Л.Н. Пропп*
Институт биологии моря ДВО РАН, 690041, г. Владивосток, ул. Пальчевского, 17
РОЛЬ ВИТАМИНА в12 В СУКЦЕССИИ МОРСКИХ ФИТОЦЕНОЗОВ
Обсуждается роль витамина В12 в морских биоценозах. Приводится обзор работ о продуцентах и консументах витамина, методах его определения. Излагается разработанная автором ионообменная техника концентрирования витамина с последующим микробиологическим определением его содержания с использованием штамма кишечной палочки Escherichia coli. Результаты наблюдений над сезонной динамикой витамина В12 в прибрежных водах Баренцева моря, сопоставление их с видовым составом и численностью фитопланктона согласуются с ранее высказанной в литературе гипотезой о связи сукцессии доминирующих видов фитопланктона с изменением в воде содержания витамина В12.
Ключевые слова: витамин В12, ауксотрофия, фитопланктон, диатомовые, цветение, биометод, морская среда, биологическая продуктивность, бактерии.
Propp L.N. Importance of vitamin B for phytoplankton communities succession in the sea // Izv. TINRO. — 2009. — Vol. 158. — P. 228-246.
Vitamins, as cobalamin (B), thiamin, biotin, are required absolutely for alga growth in axenic culture that is known as auxotrophy. That's why vitamins have to determine which species can develop and dominate in a phytoplankton community. Publications on producers and consumers of the vitamin B12 and methods of its determination are reviewed. New ion-exchange technique to concentrate the vitamin with a subsequent microbiological determination using Escherichia coli strain, elaborated by the author, is presented that doesn't require a long incubation period like algal bioassay and has higher sensitivity than extraction techniques.
Seasonal succession of phytoplankton and B variation in coastal waters of the Barents Sea are described. Although the maximal content of B (before spring bloom) reached 2 ng/l, it was completely exhausted during the peaks of bloom with domination of Sceletonema costatum and later S. costatum and Leptocylindrus danicus. In the second case, two auxotrophs competed for the B
Cellular requirements on B are very small, so it is probably important for growth mainly. Auxotrophic algae form a significant portion of phytoplankton population; from the other hand, concentration of B is often sufficient to allow the maximum growth rates. So, auxotrophs can compete successfully with autotrophs, and the vitamin hypothetically can be a limiting factor for some species in certain seasons. Their blooms can deplete the content of B12 in the sea water but the concentration usually rises again by activity of bacteria that develop on organic substratum formed by algae excretion and cell breakage. Author's observations over seasonal dynamics of B12 in relation with phytoplankton species composition and abundance confirm this hypothesis because the succession of phytoplankton dominating species and varia-
* Пропп Луиза Николаевна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, e-mail: [email protected].
tions of vitamin B content are well correlated. Turnover of B in marine environment is suggested on the base of this hypothesis.
Key words: vitamin B, auxotrophy, phytoplankton, diatom, phytoplankton bloom, bioassay, marine environment, biological productivity, bacteria.
Введение
Изучение биологической продуктивности морских экосистем и регулирующих ее процессов является одним из основных направлений морской биологии. Исследования в этом направлении привели к признанию важности воздействия микрокомпонентов морской воды на метаболизм гидробионтов.
Особенно велика метаболическая активность эктокринов — органических веществ, выделяемых гидробионтами в окружающую среду в ничтожно малых количествах, но способных влиять на рост других видов в экосистеме (Хайлов, 1971; Bonin et al., 1981). К таким метаболитам относятся растительные гормоны и витамины. Интерес к микрокомпонентам морской воды был вызван многочисленными факторами, когда при высокой концентрации биогенных элементов наблюдались низкие величины первичной продукции (Gerloff, Scoog, 1954).
В данной работе автор поставил перед собой задачу дать представление о роли витамина В12 в регулировании структуры фитопланктонного сообщества в морской экосистеме на основании литературных и собственных данных. При этом важное значение имел выбор метода определения концентрации витамина в морской воде. В процессе исследований возникла необходимость усовершенствовать экстракционный микробиологический метод определения витамина, используя ионообменную способность смолы СГ-1 удерживать крупные молекулы органических веществ (молекулярный вес витамина свыше 1500) и пропускать низкомолекулярные, а также неорганические соли. Разработан ионообменный метод концентрирования витамина с дальнейшим микробиологическим определением с использованием культуры Escherichia coli.
Цель работы — оценка роли витамина В12 в морской экосистеме.
Результаты и их обсуждение
Структура молекулы и функция витамина B¡2.
Специфичность фитопланктона по отношению к витамину
и его аналогам
В отличие от наземных растений морские одноклеточные водоросли нуждаются для своего развития в трех витаминах — биотине (витамин Н), тиамине (витамин В1) и кобаламине (витамин В12). Долгое время они рассматривались как исключительные автотрофы. Со временем было твердо установлено, что один или два витамина совершенно необходимы для поддержания роста водорослей в стерильной культуре (Provasoli, Pintner, 1953). Потребность в отдельных органических веществах как добавках для роста организма, который в остальном растет автотрофно, получила название ауксотрофия, а организмы, проявляющие такой тип зависимости, — ауксотрофы. Ауксотрофия отражает потерю организмом способности к синтезу факторов роста.
Под витамином В12 понимается группа веществ-аналогов, характеризующихся сходным биологическим действием и различной структурой (Smith, 1965). Каждый аналог имеет в структуре обязательную планарную часть, представляющую собой 4 порфириновых циклических кольца с молекулой кобальта в центре, и боковую нуклеотидную цепь. Группы, связанные с кобальтом выше планарного кольца (метильная и циановая группы, коэнзим 5-деоксиаденозил), отвечают за энзиматические реакции витамина. В слабощелочных растворах, таких как морская вода и культуральные среды, цианогруппа заменена на гидроксил. Ниже планарной группы располагается нуклеотид, связанный с кобальтом и боковой
229
Отдел Доля нуждающихся видов, %
Динофитовые (Dinophyta) 80
Золотистые (Chrysophyta) 80
Диатомовые (Bacillariophyta)
Центрические 70
Пеннатные 50
Хаптофитовые (Prymnesiophyta) 50
Зеленые (Chlorophyta) 30
Синезеленые (Cyanophyta) 20
цепью. В истинном витамине В12 это 5,6-диметилбензимидазол. Аналоги различаются основанием нуклеотида и делятся на три группы.
1. Основание нуклеотида, сходное с бензимидазолом, включая истинный витамин В12. Млекопитающие остро нуждаются именно в этой форме.
2. Основание, сходное с аденином или гуанидином, — псевдовитамин. В нем нуждаются некоторые микроорганизмы, в частности Lactobacillus leichmannii.
3. Основание нуклеотида отсутствует (фактор В). Организмы этой группы способны утилизировать любую форму аналога и проявляют самый широкий тип специфичности. К ним относится Escherichia coli.
У морских организмов наиболее обычна потребность в витамине В12, при этом она чаще встречается у одних групп, чем у других (табл. 1).
Из 388 видов водорос-Таблица 1 лей 85 % нуждаются в ви-Потребность водорослей в витамине В12 (Swift, 1980) тамине В12, 40 % — тиами-
Table 1 не, 7 % — биотине (Prova-Requirement of algae to vitamin B12 (Swift, 1980) Soli Cariucci 1974) Центрические диатомовые требуют только В12, если у них вообще существует потребность в витаминах. Например, Sceletonema costatum (Droop, 1955), Thalassiosira pseudonana (= Cyclotella nana), T. weissflogii являются видами, нуждающимися в В . Первый вид очень обилен в фитопланктонных популяциях во многих прибрежных районах, а два последних часто упоминаются как объекты многих лабораторных исследований по физиологии водорослей (Guillard, 1968). Примерами водорослей, не требующих витамина В12, являются T. nordenskioeldii (Swift, Guillard, 1978) и Detonula confervacea (Guillard, Ryther, 1962). Эти виды часто доминируют в умеренных и бореальных районах. Преобладающее большинство изученных динофлагеллят требуют только В12 либо его же в комбинации с тиамином или биотином. Кокколитофора Emiliana hyxleyi (= Coccolitus h.), широко распространенная в олиготрофных субтропических и тропических областях океана, нуждается только в тиамине (Guillard, 1963). Среди хаптофитов, исключая вид Pavlova luthery (= Monochrysis l.), который в настоящее время рассматривается как примнезиофит, большинство нуждается в комбинации В12 и тиамина. Среди зеленых мало ауксотрофов, а красные требуют только В12. Существует ряд обзоров, в которых рассмотрены требования к витаминам различных видов водорослей (Provasoli, 1963; Swift, 1980, 1984; Bonin et al., 1981).
Согласно последнему литературному обзору (Croft et al., 2005) из 326 видов водорослей более половины являются ауксотрофами по отношению к витамину В12. Из изученных витаминов В12 оказался наиболее важным, благодаря чему его роль для морских организмов изучена полнее, чем остальных. Он участвует в различных стадиях метаболизма, облегчая транспорт метильных радикалов к некоторым аминокислотам. Этому способствует структура витамина с "избыточными" метильными группами. Новейшие исследования показали, что ауксотро-фы имеют В12-зависимый энзим-метионин синтазу (Rodionov et al., 2003). Этот энзим катализирует последнюю стадию в синтезе аминокислоты — метионина. Наличие разных изоформ синтаз, а именно В12-зависимой и В12-независимой, определяет в конечном счете влияние концентрации витамина на состав фито-планктонных видов (Croft et al., 2005). Для эукариотного фитопланктона необхо-
димость во внешнем источнике В12 очевидна для генома Thalassiosira pseudonana, так как в процессе эволюции этот вид потерял большинство реакций для биосинтеза витамина (Armbrust et al., 2004) и имеет В12-зависимую синтазу. Напротив, у бактерий и архей (archaea), хотя и не у всех, найдены все стадии для биосинтеза В12, включая известные геномы всех морских цианобактерий (фотоавтотро-фов), таких широко распространенных во всех океанах, как Prochlorococcus и Synechococcus (Partensky et al., 1999).
Принципы определения витамина В22
Крайне низкие (наномолярные) концентрации витамина в морской воде не позволяют использовать прямые химические методы определения. Лишь в последние годы в связи с разработкой высокоточной аппаратуры появилась возможность их применения (Okbamichael, Sanudo-Wilhelmy, 2004). Существующий метод состоит в твердофазной С-18-экстракции с количественным определением на UV-спектрофотометре с использованием обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии. В обычной практике столь низкие концентрации вызывают необходимость применения индикаторных тест-организмов, потерявших способность синтезировать витамин, необходимый для их роста. Увеличение их биомассы пропорционально количеству присутствующего в воде витамина.
Применение отработанных на пресных водах биометодов тормозилось необходимостью приспособить их к морской воде. Многокомпонентность сред, длительность созревания культур, присущих биоанализу, осложняются высокой соленостью воды, подавляющей рост тест-организмов. В первое время эти трудности преодолевались уменьшением содержания минеральных солей процедурой диализа (Provasoli, Pintner, 1953), разбавлением (Daisley, Fisher, 1958), предварительной экстракцией витамина органическими растворителями с последующим переведением его в дистиллированную воду (Cowey, 1956; Супрунов, Му-равская, 1964). Наиболее удачным решением проблемы представляется использование морских водорослей — ауксотрофов в качестве тест-организмов (Ryther, Guillard, 1962; Carlucci, Silbernagel, 1966а), но и в этом случае надо поддерживать их устойчивость к повышенной или пониженной солености, так как пробы отличаются различной соленостью.
Согласно Берланду (Berland et al., 1976а), биометоды должны отвечать следующим требованиям.
1. Культура планктонной водоросли, выбранная в качестве теста, должна быть стерильной, так как бактерии могут использовать или (что чаще) выделять витамин.
2. Полученные данные должны сравниваться с эталоном (внешние стандарты). Для каждой серии измерений должна быть установлена эталонная кривая. Это связано с тем, что тест-организм, несмотря на всю стандартизацию обработки, может вызвать изменение угла наклона эталонной кривой, которое отражает его физиологическое состояние.
3. Каждая проба должна разделяться на две части, к одной прибавляется определенное количество витамина (внутренний стандарт). Кривая, полученная с внутренним стандартом, не должна сильно отличаться от эталонной кривой. В противном случае это означает, что в природной среде присутствует ингибитор, влияющий на уровень поглощения витамина и уменьшающий ответ тест-организма.
Варианты метода различаются выбором организма, продолжительностью выращивания, параметрами измерений, пределами измеряемых концентраций, способом получения внешних и внутренних стандартов.
Выбор тест-организма очень важен. Организм должен быть легко культивируемым и чувствительным к определяемому витамину. Применяемые виды водорослей и бактерий (табл. 2) отвечают этим требованиям, но потребность их в
витамине и аналогах различна, поэтому для анализа желательно применять тест-организмы с известной специфичностью требований и комплементарные, т.е. дополняющие друг друга.
Таблица 2
Реакция применяемых в биоанализах тест-организмов на аналоги В12, % от реакции, наблюдаемой с истинным витамином (Swift, 1980)
Table 2
Response of B assay organisms to B analogs, expressed as percentage of response observed with vitamin B
Организм В12 Псевдо-В12 Фактор В
Водоросли
Amphidinium carteri 100 0 0
Bellorechea polymorfa (=B. spinifera) 100 40 120
Euglena gracilis 100 100 0
Ochromonas malhamensis 100 0 0
Pavlova lutheri (=Monochrysis l.) 100 40 0
Thalassiosira pseudonana (=Cyclotella nana-3H) 100 0 0
T. pseudonana 13-1 (=T. oceanica) 100 10-45 30
T. pseudonana 13-1 (=T. oceanica) 100 60 65
Sceletonema costatum 100 5 5
Бактерии
Escherichia coli 100 100 100
Lactobacillus leichmannii 100 50-100 0
Грибы
Thraustochytrium globusum 100 0 0
Применяя биометоды и сравнивая результаты с литературными, необходимо знать, требует ли тест-организм только витамин В12 или использует и его аналоги. Из-за различной специфичности два тест-организма могут дать различные результаты при анализе одной и той же пробы воды. При экологической оценке данных по содержанию витамина желательно знать потребность в нем основных видов водорослей, встреченных в районе, включая и специфичность к В12. Для получения такой информации надо изучить их требования при культивировании в лабораторных условиях. Иногда, напротив, полевые исследования помогают выявить ауксотрофные виды водорослей. Так, при изучении сезонной динамики витамина В12 в губе Дальнезеленецкой (Баренцево море) автор (Пропп, 1970) обратила внимание на факт конкуренции in situ двух доминирующих видов — Sceletonema costatum и Leptocylindrus danicus. Относительно первого давно установлено, что он является ауксотрофом по отношению к витамину (Droop, 1955). Данные о численности доминирующих видов планктона навели на мысль о том, что последний также является потребителем витамина В12 (рис. 1). В дальнейшем Фиала (Fiala, 1982) проверил предположение автора и подтвердил ауксотрофию данного вида к витамину. Таким образом, наши натурные наблюдения были дополнены лабораторными экспериментами, что позволяет считать доказанным наличие конкуренции среди ауксотрофных видов за фактор роста.
Рост индикаторных организмов в условиях культивирования можно измерить различными способами: определением концентрации клеток, по оптической плотности, содержанию пигментов, степени ассимиляции углерода. В методе, предложенном Друпом (Droop, 1955) и развитым Фиалой (Fiala, 1982), процедурой разбавления устраняется возможное ингибирование роста тест-организма за счет веществ-антагонистов. Кроме того, приготовление внешнего стандарта проводят с самой пробой, а не с искусственной безвитаминной водой, как в других методах.
Разработанные за рубежом методы прямого определения содержания витамина В с использованием морских планктонных водорослей осуществимы толь-
ко при освоенном и налаженном культивировании выбранных в качестве тест-организмов планктонных водорослей. При этом необходимо поддерживать культуры не только в альгологически чистом, но и в стерильном состоянии, так как бактерии являются активными продуцентами витамина и могут служить источником систематических ошибок в определениях, что создает дополнительные трудности. Кроме того, длительность созревания культур морских диатомовых несколько снижает ценность этих методов.
Горизонт, Дата
21.VI-28.VII 28.VI-13.VII 13.VII-20.VIII
HSceletonema costatum Щ] Leptocylindrus danicus
Рис. 1. Численность доминирующих видов фитопланктона в период весенней вспышки диатомовых
Fig. 1. Abundance of dominating phytoplankton species in the period of spring diatom bloom
Представляет интерес применение метода гельфильтрации для концентрирования витамина, в котором последний связывается с белком-мукополисахари-дом для увеличения молекулярного веса (Daisley, 1961). В результате этого достигается отделение последнего от минеральных солей. Однако применяемый белок запатентован и практически недоступен.
Отсутствие условий для применения прямого метода определения витамина с ауксотрофными видами водорослей, выделенными из морской воды, заставило отечественных биологов использовать метод с предварительным концентрированием и переведением витамина в обессоленную среду (бидистиллированную воду), пригодную для роста кишечной палочки, выбранной в качестве тест-организма. Предварительная экстракция витамина из морской воды производилась смесью орто-крезола с четыреххлористым углеродом, предложенной для извлечения витамина из биомассы пропионовокислых бактерий (Арешкина, Скоробогатова, 1961). Возможность использования смеси для концентрирования витамина из морской воды проверялась сотрудниками Института биологии южных морей (Супрунов, Муравская, 1963). Параллельно исследовалось содержание витамина в исходных пробах и пробах с добавкой витамина. Доля извлечения добавленного витамина составляла в среднем 91,3 ± 4,7 %. Однако трудно согласиться с утверждением А.Т. Супрунова и З.А. Муравской (1963), что примененный метод является "относительно простым и сравнительно быстрым". Обработка одной пробы (без повтора) связана с 12-разовым длительным встряхиванием с различными растворителями и разделением фаз. Подобная процедура приводит к неизбежным потерям, не говоря уже о чрезвычайной трудоемкости и невозможности
233
ее применения для серийных испытаний. Поэтому перед автором стояла задача упростить метод концентрирования витамина, используя специфические свойства ионообменных смол, абсорбирующих витамин В.
Ионообменный метод
В настоящее время существует большой выбор разнообразных ионитов. Так, при сополимеризации метакриловой кислоты с диметакриловым эфиром триэти-ленгликоля получается карбоксильный катионит с очень пористой структурой сополимера (Ласкорин и др., 1963). В этом случае можно было ожидать, что активные ионогенные группы сорбента будут более доступными для больших ионов и молекул, какой является молекула витамина В12. Гранульная форма этого сополимера получила название СГ-1. Испытания сорбционной способности смолы подтвердили ее высокую эффективность. При пропускании 1 л изотонического морской воде раствора поваренной соли (3,5 %), подкисленного до рН 2,5-3,0, с добавкой 10 нг В извлекалось от 96 до 100 % витамина, в среднем 98,5 ± 1,1 при числе определений, равном 10, что заметно точнее экстракционного метода. Чувствительность метода составляла 0,1 нг/л. Это позволило разработать значительно более усовершенствованный метод концентрирования витамина из морской воды по сравнению с ранее предложенным экстракционным (Пропп, 1985). Ниже излагаются технические приемы концентрирования.
Обработка смолы. Смолу СГ-1 на 2 ч заливают 1н. раствором NaOH, промывают водой для удаления основной массы щелочи, затем столько же времени выдерживают в 1н. растворе HCl и вновь промывают водой. На 1 г смолы требуется 2,5 мл 1н. щелочи и 2,7 мл 1н. кислоты. Смолу следует время от времени взбалтывать. Затем ее высушивают и измельчают в ступке, просеивают и отбирают фракцию 50-100 мк. Отобранную фракцию отмучивают не менее трех раз, взбалтывая в стакане с водой. Часть смолы, не оседающую за 5-10 мин, отбрасывают, сливая взмученную воду. При этих операциях используется дистиллированная вода.
Ионообменная колонка. Колонку изготавливают из стеклянной трубки с внутренним диаметром 12-15 мм. Трубку с обеих сторон затыкают резиновыми пробками с пропущенными через них по центру тонкими полиэтиленовыми трубками диаметром 1,5-2,0 мм. На дно колонки укладывают слой стеклянной ваты, тщательно отмывают хромовой смесью и водой. Смолу вносят в колонку так, чтобы образовался слой около 2 см, сверху помещают пробку из стекловаты. Колонка всегда должна быть заполнена водой.
Концентрирование. Сосуд с пробой объемом 1 л, подкисленный 1н. HCl до рН 2,8-3,0, устанавливают выше уровня смолы и опускают до дна водного слоя входную трубку колонки. Пробу пропускают через колонку с умеренной скоростью, около 1 мл/мин. Витамин десорбируют 0,1н. раствором двузамещенного фосфорнокислого калия. Первые 10-15 мл проходящего раствора отбрасывают, около 35 мл собирают в мерную колбу на 50 мл. Элюат, разбавленный до 50 мл бидистиллированной водой, готов для дальнейшего микробиологического определения. Для этого автором был применен пробирочный метод с использованием штамма кишечной палочки Escherichia coli 113-3 (Куцева, 1961). Культура была любезно предоставлена сотрудником Института биохимии им. А.Н. Баха АН СССР Л.С. Куцевой.
Использование смолы позволяет, с одной стороны, концентрировать витамин из морской воды, с другой — перевести его в водную среду, пригодную для роста тест-организма. От экстракционного метода концентрирования ионообменная техника выгодно отличается большей эффективностью, меньшими потерями витамина в процессе обработки, а также значительным снижением времени на проведение анализа. Кроме того, немалое значение имеет исключение органических растворителей из процедур концентрирования. Известно, что прямые опре-
деления с использованием ауксотрофных культур водорослей в качестве тест-организма сопряжены с длительным временем созревания и необходимостью поддерживать культуры в стерильном состоянии. Изложенный метод лишен этих забот.
Ионообменный метод концентрирования витамина из морской воды был успешно применен в экспедиционных условиях на Белом море в опытах по влиянию растворенного органического вещества из метаболитов мидий со значительным содержанием витамина В на природную популяцию фитопланктона (Соловьева и др., 1977) и в экспериментах по влиянию витамина на первичную продукцию фитоценоза в Японском море (Пропп, 1985). Тем самым была доказана его применимость в серийных опытах.
Выделение и потребление витаминов в морской среде
Первоисточником витамина в морской среде являются бактерии, грибы и водоросли, которые не только продуцируют его, но и используют для собственных нужд. У морских бактерий необходимость в факторах роста распространена не так широко, как у почвенных и патогенных, хотя явление ауксотрофии отмечено у многих видов в определенных биотопах (Skerman, 1963). Так, ауксотро-фия важна для эпифитов и сапрофитов, выделенных из морской среды, из-за потери биосинтетических функций, которые обычно сопровождают адаптацию этих организмов к специфическим условиям обитания. В работе, посвященной бактериям из литоральных осадков (Chamroux, 1966), обращалось внимание на большое число ауксотрофов в популяциях, взятых в приливной зоне, богатой органическим материалом. Среди 232 видов бактерий, выделенных из эвтрофной зоны в дельте Роны, лишь 62 вида отчетливо испытывали потребность в витаминах и только 8 из них — в В (Berland et al., 1976а).
В процентном отношении продуценты превалировали над потребителями и составляли соответственно для В12 26,0 и 3,4 %, для тиамина 18,0 и 14,0, для биотина 45,0 и 10,0 %. Таких исследований по ауксотрофии бактерий мало, больше данных о выделении ими витаминов. Синтез В12 и аналогов является обычным среди сообщества морских бактерий из поверхностных вод (Лебедева, Гутвейб, 1975). Большинство продуцентов принадлежит к широко распространенным в морской среде родам Pseudomonas, Achromobacter, Flavobacterium (Haines, Guillard, 1974). Обзор работ по ауксотрофии бактерий позволяет сделать вывод о преобладании среди бактерий продуцентов над потребителями (Raymont, 1963), и пока нет данных для подтверждения гипотезы Провасоли (Provasoli, 1963) о том, что основные продуценты витамина равным образом могут быть основными потребителями, поскольку обладают высоким уровнем метаболизма. Однако мнение, что только бактерии являются продуцентами В12, было поставлено под сомнение из-за обнаружения продуцентов среди водорослей, долгое время считавшихся основными потребителями витаминов, хотя известно, что они способны освобождать витамины при распаде клеток. В лабораторных опытах по изучению кинетики продуцирования и потребления В12 было найдено, что бактериальное сообщество продуцирует значительно больше витамина, чем потребляет, а фитопланктонное, напротив, продуцирует заметно меньше, чем поглощает. При этом суммарная продукция В12 составляла 5,32 нг«л-1«сут-1, вклад бактерий был равен 73 % (Nishijima, Hata, 1989).
Продукция витаминов водорослями стала изучаться гораздо позже, чем потребление, с того момента, когда была установлена прямая корреляция между биомассой фитопланктона и содержанием витаминов в калифорнийских водах (Carlucci, 1970). Это позволило предположить, что фитопланктонные организмы способны выделять витамины в среду. Лабораторные опыты подтвердили высказанную гипотезу. Так, Sceletonema costatum выделяла тиамин и биотин, Coccolitus hyxleyi — В12 и биотин, Gonyaulax polyedra — биотин (Carlucci, Bowes, 1970).
Водоросли способны накапливать витамины (сходно с накоплением неорганических ионов в клетках), что и наблюдалось у ауксотрофов, которые поглощали ростовые вещества в количестве, превышающем потребности клеток для роста. Такое же накопление отмечалось и у автотрофов (Droop, 1968). Очевидно, эта способность нужна, чтобы открыть путь к мутациям, ведущим к ауксотрофии.
Вопрос об источниках витамина лишь с недавнего времени начинает проясняться. Было установлено, что эукариотный вид фитопланктона Porphiridium purpureum может получать В через близкие симбиотические отношения с популяцией гетеротрофных бактерий, ассоциированных на поверхности клеток (Croft et al., 2005). Таким образом, имеются по крайней мере два источника В12 для эукариотного морского фитопланктона в природной среде: поглощение растворенного В12 и получение его благодаря симбиозу на поверхности клеток. Содержание растворенного В12 уменьшается из-за выедания фитопланктона и распада (лизиса) бактерий, которые тем самым выводятся из микробиологического цикла (Azam, 1998).
Содержание витамина В12 в различных районах Мирового океана
и его экологическая роль
Поскольку многие водоросли нуждаются в витаминах для роста, закономерно предположить, что последние играют роль в том, какие виды развиваются и доминируют во время ежегодной вспышки фитопланктона в море. Экологическое влияние витаминов скорее всего проявляется через их воздействие на скорость роста водорослей. Если в воде имеется достаточное количество В для быстрого роста водорослей, то в популяции могут развиваться виды, нуждающиеся в нем (Daisley, 1957). Поэтому важно определить количество витаминов в воде, при котором происходит снижение скорости деления клеток водорослей. Это позволяет подойти к ответу на вопрос, может ли ростовой фактор играть прямую роль в сукцессии видов в зависимости от концентраций, найденных в природе. В условиях культуры при достаточно низких значениях фактора роста его первоначальная концентрация может контролировать скорость роста водорослей. При этом наблюдается тип кинетики Михаэлиса-Ментена, который связывает скорость реакции (роста) с концентрацией субстрата (витамина) и выражается гиперболической функцией:
M = M . S/(K + S),
m ' s '
где М — скорость воспроизводства водорослей; Mm — максимальная скорость воспроизводства водорослей; S — концентрация ростового вещества; Ks — константа полунасыщения, численно равная концентрации вещества, при которой скорость воспроизводства составляет половину максимальной (Droop, 1968).
Константа полунасыщения является важным параметром определения относительной способности различных видов фитопланктона использовать низкие уровни питательных веществ. Для процессов, зависящих от концентрации В12, она меняется в широком ряду, от 0,1 до 4,0 нг/л. Сравнение кинетики роста трех морских видов в зависимости от концентраций витамина показало (Swift, Taylor, 1974), что константа полунасыщения для Thalassiosira pseudonana равна 0,4 нг/л, для Isochrisis galbana — 1,7, для Pavlova lutheri — 2,8 нг/л. Учитывая, что концентрации витамина в морских водах составляют приблизительно 1 нг/л, Swift и Taylor (1974) полагают, что в определенных фазах жизненного цикла развитие этих видов может лимитироваться его доступностью. Другого мнения придерживается известный специалист по физиологии водорослей Друп (Droop, 1957). Концентрация В , равная 0,1 нг/л, достаточна, чтобы поддержать численность клеток в культурах выше 106 в 1 л, что заметно превышает уровень клеток в естественных популяциях. Низкая численность природных популяций фитопланктона по сравнению с численностью в лабораторных культурах и малая потребность клеток в витамине означает по Друпу, что недо-
236
статок витамина не может играть большой роли в процессе роста водорослей. Обилие ауксотрофов в морской среде наводит на мысль о достаточности концентраций витаминов для поддержания максимального роста многих из них. В противном случае при возникновении конкуренции всегда доминировали бы авто-трофы, не требующие для роста витаминов.
Исследованиями многих авторов по содержанию витамина В12 в различных районах Мирового океана было показано, что его содержание колеблется от cледовых до 20 нг/л, в среднем оставаясь близким к 1 нг/л. Как правило, эти значения очень низкие, так как морская среда неблагоприятна для сохранения витаминов, особенно в освещенной зоне, и их молекулы, быстро разрушаясь, дают химически устойчивые и малодоступные для использования организмами производные (Carlucci et al., 1969; Natarajan, 1970; Ohwada, Taga, 1972; Nishijima, Hata, 1979).
Концентрации растворенного витамина обычно относительно высоки в прибрежных водах и низки в открытом море, глубже эвфотической зоны эти значения приближаются к нулю (Daisley, 1969). Самые низкие концентрации найдены в Саргассовом море — 0,01-0,10 нг/л (Menzel, Spaeth, 1962). В Баренцевом море в зависимости от сезона данные по содержанию витамина укладывались в пределах 0-2,2 нг/л (Пропп, 1970) и оказались сходными с таковыми для вод Северной Атлантики — 0,3-1,9 нг/л (Супрунов, Муравская, 1964) и Тихого океана — 0-2,5 нг/л (Carlucci, Silbernagel, 1966b). Район антарктических вод необычен низким содержанием витамина при высоком уровне питательных солей. У трети проб, взятых выше 75 м на станциях южнее антарктической конвергенции, витамин не был обнаружен, среднее содержание составляло лишь 0,2 нг/л. В этих районах лимитирующими могут быть некоторые микроэлементы, например кремний, железо, и физические факторы, такие как температура, солнечная радиация. При этом не было найдено значимых корреляций между содержанием витамина и химическими, физическими параметрами, а также первичной продукцией (Carlucci, Cuhel, 1977; Holm-Hansen et al., 1977; Fiala, Oriol, 1984). Впоследствии было установлено, что первичная продукция лимитировалась железом (Coale et al., 2000; Sedwick et al., 2000). В экспериментах с планктонными популяциями из моря Росса (Bertrand et al., 2007) было показано, что высокие концентрации хлорофилла а достигались при добавлении смеси В12 и Fe и низкие — при добавлении только Fe. При этом бактериальная продукция была очень низкой. Это находится в согласии с предположением, что бактерии, в том числе археи, в верхних слоях водного столба являются важным источником В12 для роста фитопланктона и состава сообщества. В последние годы антарктические воды, в частности море Росса, в котором отмечается значительное цветение водорослей, играющих важную роль в мировом цикле углерода (Arrigo et al., 2003), привлекли особое внимание исследователей. Район важен в биогеохимическом отношении из-за мощного выноса углерода из данной акватории течениями Антарктической конвергенции (Buesseler et al., 2001). Это значит, что и В12 будет выноситься эффективнее, чем включаться в экосистему (DiTullio et al., 2000). Кроме того, антарктические воды характеризуются низкими скоростями как продукции гетеротрофных бактерий, так и выедания фитопланктона травоядным микрозоопланктоном, а также отсутствием популяций цианобактерий (Caron et al., 2001; Marchant, 2005). Таким образом, район лишен потенциальных источников В12 для морской экосистемы, чем схож с таковым тропических и субтропических районов. При этом низкие концентрации витамина обязаны также его распаду под действием сильной солнечной радиации, связанной с наличием обширных озоновых дыр над Южным полюсом (Cruzen, 1992). Фитопланктонная популяция приспосабливается к неблагоприятным условиям для роста, в первую очередь к низким температурам, выделяя диметил-сульфопропинат. Антарктические виды Phaeocyctis sp. выделяли его для различных целей как криопротек-тант (Stefels, 2000), антиоксидант (Sunda et al., 2002).
237
Как правило, большая часть работ, выполненная на морских средах, была направлена на поиски отношений между витаминами и характеристиками воды: питательными солями (Vishnia^ Riley, 1961), кислородным минимумом (Daisley, Fisher, 1958), температурой и солнечной радиацией (Carlucci, Silbernagel, 1966а). Поскольку видовой состав фитопланктона и показатели обилия отдельных видов не изучались, эти результаты являются отрывочными и имеют ограниченную ценность с экологической точки зрения.
Первыми, кто пытался установить роль витамина в сукцессии видов, были Мензел и Спет (Menzel, Spaeth, 1962). Они нашли, что в верхних слоях Саргас-сова моря концентрации витамина В12 увеличиваются весной и сопровождаются обильным появлением ауксотрофных видов. Затем, с уменьшением концентрации витамина, доминирующим становился вид Coccolitus huxleyi, который нуждается только в тиамине. Чаще отмечались отрицательные отношения между концентрациями витамина и обилием водорослей, что указывает на потребление его фитопланктоном (Пропп, 1970; Carlucci, 1970; Cattel, 1973; Parker, 1977). Некоторые исследователи (Carlucci, 1970) наблюдали положительную корреляцию между концентрацией витамина и биомассой фитопланктона. Чтобы уточнить это положение, требуется проведение экспериментальных исследований по определению потребности доминирующих видов в витамине. Один из возможных подходов к оценке влияния роли витаминов на продукцию состоит в одновременном измерении как растворенной, так и взвешенной фракции витамина в воде. Если содержание растворенной формы всегда достаточно, а взвешенной мало, то можно принять, что витамин не лимитирует рост водорослей. Уменьшение содержания растворенного витамина В12 во время весеннего "цветения" в зал. Мэн (атлантическое побережье Северной Америки) и его высокие значения во взвешенной форме позволили сделать вывод, что диатомовые использовали растворенный витамин (Swift, 1981).
Прямые связи между продукцией фитопланктона и концентрацией витамина наблюдаются редко, но для отдельных видов такая зависимость может быть. Так, содержание витамина в водах калифорнийского побережья быстро снижалось в течение недели, когда увеличивалось число клеток Gonyaulax polyedra (Carlucci, 1970). Регрессионный анализ отношений между содержанием кобала-мина и параметрами фитопланктонной популяции (Bruno et al., 1981) показал слабую корреляцию в эстуарии Лонг-Айленда (атлантическое побережье Америки), т.е. витамин не проявил заметной роли в лимитировании скорости роста фитопланктона.
Очевидно, лимитирующее влияние витамина легче уловить, если другие биогенные вещества находятся в достаточном количестве. Такие работы проведены при изучении озер различной трофности (Kashiwada, Kakimoto, 1962; Daisley, 1969). Озера с низкой продуктивностью обычно бедны витамином; эвтрофные, богатые осадочным органическим веществом и соответственно питательными солями, содержат высокие концентрации витамина. Эти связи хорошо проявляются в замкнутых водоемах, но в открытом океане они менее ясны. Здесь для заметного развития популяций физические факторы и содержание биогенных элементов также должны быть удовлетворительными. Например, Саргассово море бедно последними. Концентрации железа, кремния и витамина, стимулирующие поглощение С14 , также находятся там на низком уровне (Ryther, Guillard, 1959), поэтому влияние В12 можно рассматривать как часть сложного лимитирования первичной продукции различными факторами.
Таким образом, если витамин и может выступать в качестве лимитирующего фактора, то только для отдельных видов и в некоторые периоды года. Например, такое влияние может наблюдаться, когда виды быстро растут в начале вегетации. При этом происходят изменения в биологических свойствах водорослей. Предшествующие популяции, извлекая нужные витамины и выделяя другие, со-
здают благоприятные условия для развития последующих популяций, требующие выделенные витамины. Это может явиться фактором, направляющим сезонную сукцессию видов (Provasoli, 1971).
В пользу гипотезы Провасоли свидетельствуют и результаты наших исследований сезонной динамики витамина В12 в морской воде в губе Дальнезеленец-кой Баренцева моря (Пропп, 1970), и сопоставление последней с развитием фитоценоза. Сезонный ход содержания витамина носил характер двухвершинной кривой с максимумом зимой — 2,2 нг/л — и осенью — 1,9 нг/л. Сопоставление его с количеством и качеством фитопланктона показывает, что цветение водорослей началось с диатомовых, обладающих широким типом специфичности, т.е. использующих не только истинный витамин, но и его аналоги, причем основную массу водорослей составляли виды рода Chaetoceros (Соловьева, 1973). В число доминантных входили также Fragilaria oceanica и Thalassiosira nordenskioeldii. В конце июня была отмечена самая высокая численность фитопланктона — 2590 тыс. кл./л — за счет массового развития Sceletonema costatum. Этот вид составил 99,7 % общего количества клеток и практически вытеснил все остальные. После необычайно интенсивной вегетации скелетонемы в июне-июле наблюдалось снижение содержания витамина в августе до аналитического нуля. С большой вероятностью можно полагать, что это было вызвано потреблением его названным видом, ауксотрофия которого по отношению к витамину В12 хорошо документирована (Droop, 1955). В августе на смену скелетонеме пришли виды Nitzschia, после развития которых запасы витамина в воде к концу летнего периода были исчерпаны.
Ознакомление со списком таксономических ауксотрофных групп морских водорослей (Provasoli, Carlucci, 1974) показало, что многие виды Nitzschia, в частности N. closterium, являются факультативными ауксотрофами. Последние хотя и могут обходиться без витамина, но, утилизируя находящийся в среде витамин, могут избежать длинного лаг-периода для синтеза В12, как это было подтверждено в опытах на культурах (Swift, Taylor, 1974; Swift, Guillard, 1977). В число этих видов входит и Thalassiosira nordenskioeldii, которая оказалась одним из доминантных видов в составе холодолюбивого комплекса в весеннем фитоценозе Дальнезеленецкой губы. Одновременно c сокращением содержания витамина продукция резко уменьшилась и в течение двух недель находилась на низком уровне. Содержание фосфатов при этом было достаточно большим, в пределах 0,2-0,6 мкМ. Этот факт свидетельствует о прямом влиянии витамина на рост продукции. Подобные наблюдения в редких условиях полного исчерпания запасов витамина оказались полезными для прояснения устанавливающихся экологических связей между содержанием витамина и видовым составом, а также численностью клеток.
Последующее возрастание содержания витамина до уровня 1,92 нг/л в конце сентября — начале октября последовало после нарушения плотностной стратификации вод, когда витамин и питательные соли, регенерированные на границе дно—вода в результате разложения органического вещества, перемешались с поверхностными водами. Прогрев водных масс от нуля в апреле до 8 0С должен был вызвать интенсивное развитие бактериальной популяции за счет массового накопления детрита. Мелководность губы и сильные ветры способствовали хорошему перемешиванию всей водной толщи залива.
В это время в составе фитопланктона появилось большое количество пен-натных, т.е. преимущественно одиночных, бентосных форм. Эти бентосные формы происходят из биотопа, богатого продуцентами витамина. Спороносным бактериям, населяющим толщу вод и особенно детрит, чаще всего присуща способность к биосинтезу витамина В12. Эта особенность обычно выше в сообществах высоких широт, причем у бактериопланктонных сообществ она на 1-2 порядка выше, чем у чистых культур бактерий (Гутвейб, 1982). Среди пеннатных форм
около половины являются ауксотрофами (см. табл. 1), и уровень содержания витамина после разрушения термоклина был достаточным для обеспечения их развития. В наших наблюдениях осенний фитопланктон состоял из физиологически активных, молодых клеток динофлагеллят, эффективно использующих как углекислоту, так и витамин, что привело к снижению его концентрации до 0,58 нг/л. Для Peridinium trochoideum и Gymnodinium breve, встреченных в составе фитопланктона в этот период, доказана ауксотрофия к витамину (Sweeney, 1954; Droop, 1968). Известно также, что среди динофлагеллят велика доля аук-сотрофов (табл. 1).
При любой попытке сопоставления концентрации витамина с составом видов, т.е. для понимания точной роли витамина среди других лимитирующих факторов, следует знать физиологическую реакцию на витамин всех видов, присутствующих в водах, а не только доминирующих. Но практически это не всегда выполнимо, и обычно авторы используют отношения между концентрацией витаминов и планктонной биомассой в целом, определяя содержание взвешенного углерода и/или хлорофилла. Кроме того, следует знать точную природу аналогов, привнесенных глубинным апвеллингом, способность факторов роста оставаться в активной форме, провести анализ продуцентов и потребителей, т.е. к изучению витамина подходить комплексно.
Все авторы, рассматривающие вопросы роли витамина в лимитировании роста фитопланктона, единодушны в мнении о чрезвычайной сложности интерпретации данных, полученных при экологических исследованиях и количественных оценках (Provasoli, Carlucci, 1974; Berland et al., 1976а; Bonin et al., 1981). Лабораторные данные по чувствительности видов к витамину имеют ограниченное экологическое значение, когда используются для доказательства лимитирования витамина в природной ситуации. Различные фитопланктонные виды сильно отличаются по чувствительности к витамину В12 (Provasoli, 1958), и эти данные нельзя экстраполировать на природную среду. В самом деле, в природе организм редко встречается с условиями, оптимальными по температуре и освещенности, биогенным элементам и солености, которые создаются для лабораторных культур.
Трудности с интерпретацией экологических данных связаны также с тем, что витамин присутствует в среде в виде нескольких близких форм, т.е. в виде аналогов. Каждая популяция водорослей обладает специфичностью в использовании определенных аналогов витамина, от этого зависят найденные концентрации последнего. Роль различных аналогов В12 в морской воде трудно практически оценить, так как для анализа одной пробы надо применить три микроорганизма с комплементарными требованиями. Подобные наблюдения показали, что в водах зал. Мэн абсолютные значения витамина В12, псевдовитамина и фактора В были равны соответственно 1,0; 1,6; 0,4 нг/л, а отношение валового содержания кобамидов к истинному витамину варьировало от 1,4 на поверхности до 2,3 на глубине 150 м (Swift, Guillard, 1978).
Поскольку в рутинной практике использование трех тест-организмов не представляется целесообразным, в наших опытах по сезонным наблюдениям за содержанием витамина и видовым составом фитопланктона в прибрежных водах Баренцева моря был применен организм с широкой специфичностью, а именно штамм кишечной палочки Escherichia coli. Последний способен использовать все аналоги (см. табл. 2), благодаря чему полученные данные оказываются более репрезентативными.
Цикл витамина B¡2 в море
Изучение биологического цикла витамина в море позволяет оценить его роль в жизни гидробионтов и выявить его наиболее богатые источники. Автором (Пропп, 1985) были измерены концентрации витамина у массовых видов мак-
рофитов, беспозвоночных, в различных субстратах, собранных в прибрежной зоне Баренцева моря. В общих чертах схема круговорота витамина показана на рис. 2.
Рис. 2. Схема цикла витамина В12 в морской среде
Fig. 2. Scheme of vitamin B turnover in marine environment
Большая роль в циркуляции витамина В12 принадлежит бактериям — основным продуцентам факторов роста. Помимо прямого биосинтеза витамина бактерии, освобождая его из детрита и мертвых водорослей, вторично включаются в процесс образования витамина. Тем самым они увеличивают запас витаминов, которые во взвешенном виде могут быть поглощены организмами следующего трофического уровня. Однако бактерии нельзя рассматривать как единственных производителей витамина. Очевидно, что многочисленные виды водорослей производят и выделяют витамины в среду, но их вклад менее существен.
Источники витамина встречаются широко, из них основными следует считать грунты, заросли макрофитов, морскую пену. Грунты являются зоной наиболее интенсивного продуцирования витамина (Martin, Vaœlet, 1975). От 70 до 84 % видов бактерий, выделенных из илов, оказались продуцентами витамина (Loched, Thexton, 1951). Известно, что большинству морских бактерий необходим субстрат. Им может быть, в частности, морская пена, в которой наблюдается интенсивная бактериальная активность (Цыбань, 1971). Добавка пены ускоряла рост и развитие личинок полихет, что свидетельствует о ее высокой биологической активности. Этот стимулирующий эффект пены может быть вызван наличием в ней сильного ростового фактора — витамина В12. Пена, собранная автором над зарослями водорослей, содержала 0,08 мкг/л витамина, что в 80 раз превосходит содержание витамина в морской воде, отобранной в том же пункте.
Кроме того, значительным содержанием витамина отличаются выделения морских птиц — до 0,22 мкг/г сухого веса, что сравнимо с содержанием его в организме беспозвоночных. При изучении влияния морских колониальных птиц на режим биогенных солей в прибрежных водах Мурманского полуострова было показано (Головкин, Позднякова, 1966), что при максимальных рационах в 1 л воды попадает в среднем до 130 г экскретов птиц. Учитывая, что определенное нами среднее содержание витамина в экскретах птиц составило 0,22 мкг/г сухого вещества и фоновое содержание витамина в северных морях составляет от 1 до 2 нг/л, можно рассчитать, что концентрация последнего в этих водах превышает фоновое на два порядка. Подобные обогащенные зоны могут занимать от 0,1 до 5,0 % площади моря. Данные свидетельствуют о возможности создания в прибрежной зоне небольших высокотрофных локализованных участков с повышенным содержанием биогенных элементов и витамина В12 с интенсивным развитием фитопланктона и повышенной биологической продуктивностью. Эти участки отличаются высоким содержанием кислорода, несмотря на то что значи-
тельная его часть, продуцируемая в процессе фотосинтеза, идет на окисление большого количества органического вещества из экскретов птиц.
Соотношение ролей бактериальной и водорослевой популяций изменяется в зависимости от трофности биотопа. Рост бактерий, играющих преобладающую роль в круговороте факторов роста, происходит преимущественно в среде, богатой органическим веществом (особенно органической формой азота) — в осадках, на некоторых эвтрофных участках прибрежья. Здесь бактерии активно включаются в процессы продуцирования и потребления, а количество ауксотрофных видов водорослей повышено. В результате бактериальная продукция витамина сокращается за счет его потребления ауксотрофными видами водорослей (Berland et al., 1976b).
Другим важным источником потребления в зоне неритических осадков являются многоклеточные бентические водоросли. Многие авторы (Ericson, Lewis, 1953; Куцева, Букин, 1957) отрицают способность макрофитов к синтезу витамина и объясняют его накопление деятельностью бактерий-эпифитов, но Провасоли (Provasoli, 1963) считает, что часть факторов роста производится самими водорослями. В обзоре по содержанию витамина в водорослях (Kanazawa, 1963) отмечены типологические различия: зеленые содержат 12-150, бурые — 3-76, красные — 15-291 нг/г сух. в-ва. По нашим данным, наибольшее накопление отмечено у красной водоросли Rhodymenia palmata — 280 нг/г сух. в-ва, значительно оно у Laminaria saccharina — 150 нг/г сух. в-ва, т.е. у видов с высокой фотосинтетической активностью (Пропп, 1974, 1975, 1985). При этом содержание витамина в тканях массовых видов макрофитов максимально перед началом вегетационного периода, в январе-феврале. Меньше всего витамина (в следовых количествах) содержат фукоиды, что, возможно, связано с выделением ими слизи, содержащей метаболиты типа антибиотиков, подавляющих бактериальную активность. Подобное различие в содержании витамина в момент максимального накопления и снижение его по мере вегетации отмечены в работах по сезонной динамике содержания витаминов в макрофитах (Супрунов, Бенжиц-кий, 1970). Как бы то ни было, факторы роста выделяются во время разложения растительной массы бактериальными популяциями и утилизируются одноклеточными водорослями (Burkholder, 1963). С другой стороны, в неритической зоне существенную роль может играть сток с суши, т.е. аллохтонные терригенные источники витамина. В частности, появление "красных приливов", характеризующихся обильным цветением одного вида фитопланктона, обязано этому источнику (Slobodkin, 1954).
Таким образом, в круговороте витамина В12 участвуют как продуценты, так и потребители. Потребление идет по разным каналам. С одной стороны, витамин трансформируется организмами, находящимися на разных трофических уровнях в системе вода — фитопланктон — зоопланктон — рыбы, с другой — потребление обрывается на уровне бентосных организмов. При изучении вышеназванной системы было показано, что на каждом последующем трофическом уровне концентрация витаминов увеличивается в несколько раз по сравнению с предыдущим (Бенжицкий, 1970). Рыбы получают его с пищей в готовом виде, но наряду с этим внутрикишечная микрофлора способна синтезировать соединения кобала-миновой природы.
Накопленный биохимиками материал убедительно свидетельствует, что как для наземных, так и для морских организмов пищевая ценность продуктов определяется содержанием не только белков, липидов и углеводов, но и биологически активных веществ: витаминов, их аналогов, гормонов.
Заключение
Таким образом, ауксотрофные водоросли составляют значительную часть фитопланктонных популяций в морской воде. Этот факт с учетом того, что концен-
трации витамина В12 не так часто опускаются до нулевых значений, приводит к выводу, что они обычно достаточны для обеспечения почти максимальных скоростей роста, при которых ауксотрофы с успехом конкурируют с автотрофами. Минимальные потребности клеток в витамине очень малы, так что основное влияние витаминов состоит скорее всего в их воздействии на скорость роста водорослей. Если рассматривать витамин как возможный лимитирующий фактор, то эту гипотезу можно приложить лишь к отдельным видам в определенное время или сезон. Таким периодом можно считать начало бурного цветения или ситуацию, когда ожидаемый рост в данное время не наступает, что с большой вероятностью можно отнести к отсутствию в среде витамина. При дальнейших исследованиях полезно изучать альгологически чистые виды, выделенные именно из данного района, в лабораторных экспериментах с добавками фактора роста.
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке фонда ДВО-1 № 09-1-П23-01 и № 09-1-П15-03.
Список литературы
Арешкина Л.Я., Скоробогатова Е.П. Химический метод контроля витамина В12 при его производстве с помощью пропионовых бактерий // Витаминные ресурсы. — М. : АН СССР, 1961. — Сб. 5. — С. 63-68.
Бенжицкий А.Г. Витамин В12 в воде и организмах Черного моря : автореф. дис. ... канд. биол. наук. — Севастополь : ИНБЮМ АН УССР, 1970. — 22 с.
Головкин А.Н., Позднякова Л.Е. Влияние морских колониальных птиц на режим биогенных солей в прибрежных водах Мурмана // Рыбоядные птицы и их значение в рыбном хозяйстве. — М. : Наука, 1966. — С. 210-230.
Гутвейб Л.Г. Кобаламинсинтезирующие бактерии южных морей : автореф. дис. ... канд. биол. наук. — Севастополь : ИнБЮМ АН УССР, 1982. — 25 с.
Куцева Л.С. Микробиологические методы определения витамина В12 // Витаминные ресурсы. — М. : АН СССР, 1961. — Сб. 5. — С. 133-144.
Куцева Л.С., Букин В.Н. Морские водоросли и сапронели как источник витамина В12 // ДАН СССР. — 1957. — Т. 115. — С. 4.
Ласкорин Б.Н., Ионисиани П.Г., Никульская Г.Н. и др. Синтез новых ионитов // Ионообменные сорбенты в промышленности. — М. : АН СССР, 1963. — С. 21-31.
Лебедева М.Н., Гутвейб Л.Г. Синтез соединений кобаламиновой природы бактериальными сообществами из Черного моря // Экспедиционные исследования в Средиземном и Черном морях в ноябре-декабре 1971 г. — Киев : Наук. думка, 1975. — С. 126-133.
Пропп Л.Н. Витамин В12 и некоторые микроэлементы в продукционном цикле прибрежной зоны моря : автореф. дис. ... канд. биол. наук. — Владивосток : ИБМ ДВНЦ АН СССР, 1985. — 23 с.
Пропп Л.Н. Влияние морских водорослей-макрофитов на суточный баланс витамина В в губе Баренцева моря // Бот. журн. — 1975. — Т. 60. — С. 1638-1640.
Пропп Л.Н. О значении витамина В12 в морских биоценозах // Экология. — 1974. — № 6. — С. 78-80.
Пропп Л.Н. О сезонной динамике витамина В12 и изменчивости фитопланктона в Дальнезеленецкой губе Баренцева моря // Океанол. — 1970. — Т. 10, вып. 5. — С. 851-856.
Соловьева А.А. Первичная продукция фитопланктона заливов Восточного Мурмана // Гидробиол. журн. — 1973. — Т. 9, № 4. — С. 14-19.
Соловьева А.А., Галкина В.Н., Гаркавая Г.П. Экспериментальное изучение РОВ метаболитов мидий на природное сообщество фитопланктона Белого моря // Оке-анол. — 1977. — Т. 17, № 3. — С. 449-458.
Супрунов А.Т., Бенжицкий А.Г. Содержание некоторых биологически активных соединений в макрофитах прибрежной зоны моря // Химические ресурсы морей и океанов. — М. : Наука, 1970. — С. 163-168.
Супрунов А.Т., Муравская З.А. О методе определения витамина В12 в морской воде // Тр. Севастоп. биол. ст. — 1963. — Т. 16. — С. 463-466.
Супрунов А.Т., Муравская З.А. О содержании витамина В12 в воде Севастопольской бухты // Тр. Севастоп. биол. ст. — 1964. — Т. 17. — С. 342-345.
Хайлов К.М. Экологический метаболизм в море : монография. — Киев : Наук. думка, 1971. — 252 с.
Цыбань A.B. Морская пена как экологическая ниша для бактерий // Гидробиол. журн. — 1971. — № 3. — С. 14-24.
Armbrust E.V., Berges J., Bowler C. The genome of the diatom Thalassiosira pseudonana: Ecology, evolution and metabolism // Science. — 2004. — Vol. 306. — P. 79-86.
Arrigo K.R.D., Robinson D.H., Dunbar R.B. et al. Physical control of chlorophyll a, POC, and TRN distribution in the pack ice of the Ross Sea, Antarctica // J. Geophys. Res. — 2003. — Vol. 108. — P. 3316-3338.
Azam F. Microbial control of oceanic carbon flux: the plot thickens // Science. — 1998. — Vol. 280. — P. 694-696.
Berland B.R., Bonin D.J., Durbec J.-P., Maestrini S.Y. Bacteries heterotrophes aerobies prelevees devant de delta Rhone. II. Besoins en vitamines et liberation de ces substancen // Hydrobiologia. — 1976а. — Vol. 50. — P. 167-172.
Berland B.R., Bonin D.J., Fiala M., Maestrini S.Y. Importance des vitamines en mer. Conssommation et production par les algues et les bacteries // Actualites de Biochimie marine. — Marseille : Colloque G.A.B.I.M.-C.N.R.S., 1976b. — P. 121-146.
Bertrand E.M., Saito M.A., Rose J.M. et al. Vitamin B12 and iron colimitation of phytoplankton growth in the Ross Sea // Limnol. Oceanogr. — 2007. — Vol. 52(3). — P. 1079-1093.
Bonin D.F., Maestrini S.Y., Leftley J.W. The role of hormones and vitamins in species succession of phytoplankton. Physiological Bases of Phytoplankton Ecology // Can. Bull. Fish. Aquat. Sci. — 1981. — Vol. 210. — P. 310-322.
Bruno S.F., Staker R.D., Curtis L.L. Seasonal variation of vitamin B12, B12-analogs and phytoplankton in a Long Island estuary // J. Mar. Res. — 1981. — Vol. 39. — P. 335-352.
Buesseler K.O., Ball L., Andrews J. Upper ocean export of particulate organic carbon and biogenic silica in the Southern oceans along 107.1 W // Deep-Sea Res. II. — 2001. — Vol. 48. — P. 4275-4297.
Burkholder P.R. Some nutritional relationship among microbes of sea sediments and waters // Mar. Microbyol. — Springfield, 1963. — P. 133-150.
Carlucci A.F. Vitamin B12, thiamine and biotin // The ecology of the plankton off La Jolla, California in the period April through September 1967 : Bull. Scripps Inst. Oceanogr. — 1970. — Vol. 17. — P. 23-31.
Carlucci A.F., Bowes P.M. Production of vitamin B12, thiamine, and biotin by phytoplankton // J. Phycol. — 1970. — Vol. 6. — P. 351-357.
Carlucci A.F., Cuhel R.L. Vitamins in the South Polar Seas: Adaptation within Antarctic ecosystems // III-SCAR Sympos. Antarct. Biol. — Wash. : Smithsonian Inst., 1977. — P. 115-128.
Carlucci A.F., Silbernagel S.B. Bioassay of seawater. A C14 uptake method for the determination of concentration of vitamin B12 in seawater // Can. J. Microbiol. — 1966a. — Vol. 12. — P. 175-183.
Carlucci A.F., Silbernagel S.B. Bioassay of seawater. Distribution of vitamin B12 in the North-East Pacific ocean // Limnol. Oceanogr. — 1966b. — Vol. 11. — P. 642-646.
Carlucci A.F., Silbernagel S.B., MacNally P.M. Influence of temperature and solar radiation on persistence of vitamin B12, thiamin and biotin in sea water // J. Phicol. — 1969. — Vol. 15. — P. 302-305.
Caron D.A., Dennet M.A., Lonsdale D.J. et al. Microzooplankton herbivory in the Ross Sea, Antarctica // Deep-Sea Res. II. — 2001. — Vol. 47. — P. 3249-3272.
Cattel S.A. The seasonal cycle of vitamin B12 in the Strait of Georgia, British Columbia // J. Fish. Res. Bd Can. — 1973. — Vol. 30. — P. 215-222.
Chamroux D. Repartition ecologique des bacteries des sediments marins en function de leur exigences nutritionelles // Ann. Inst. Paster. (Paris). — 1966. — Vol. 110. — P. 923-928.
Coale K.H., Wang X., Tanner S.J., Johnson K.S. Phytoplankton growth and biological response to iron and zinc addition in the Ross Sea and Antarctic Circumpolar Current along 170W // Deep-Sea Res. II. — 2000. — Vol. 50. — P. 635-653.
Cowey C.B. A preliminary investigation of the variation B12 in oceanic and coastal waters // J. Mar. Biol. Ass. U.K. — 1956. — Vol. 35. — P. 609-620.
Croft M.T., Lawrence A.D., Raux-Deery E. et al. Algae acquire vitamin B12 through a symbiotic relationship with bacteria // Nature. — 2005. — Vol. 438. — P. 90-93.
Cruzen P.J. Ultraviolet on the increase // Nature. — 1992. — Vol. 356. — P. 104-105.
Daisley K.W. Gel filtration of sea water; separation of free and bound forms of vitamin B12 // Nature. — 1961. — Vol. 191, № 4791. — P. 868-869.
Daisley K.W. Monthly survey of vitamin B concentrations in some waters of the English Lake District // Limnol. Oceanogr. — 1969. — Vol. 14. — P. 224-228.
Daisley K.W. Vitamin B in marine ecology // Nature. — 1957. — Vol. 180. — P. 1043-1044.
Daisley K.W., Fisher L.R. Vertical distribution of vitamin B in the sea // J. Mar. Biol. Ass. U.K. — 1958. — Vol. 37. — P. 686-693.
DiTullio G.R., Grebmeier J.M., Arrigo K.R. et al. Rapid and early export of Phaeocystis antarctica blooms in the Ross Sea, Antarctica // Nature. — 2000. — Vol. 404. — P. 595-598.
Droop M.R. A pelagic marine diatom requiring cobalamin // J. Mar. Biol. Ass. U.K. — 1955. — Vol. 34. — P. 229-231.
Droop M.R. Vitamin B in marine ecology // Nature. — 1957. — Vol. 180. — P. 1041-1042.
Droop M.R. Vitamin B in marine ecology. IV. The kinetics of uptake growth and inhibition in Monochrysis lutheri // J. Mar. Biol. Ass. U.K. — 1968. — Vol. 48. — P. 689-733.
Ericson L.E., Lewis L. On the occurrence of vitamin B12 — factors in marine algae // Ark. Kemi. — 1953. — Vol. 6. — P. 427-442.
Fiala M. Vitamin B12 et phytoplankton au niveau de la thermocline en Mediterranee nord-occidentalle // Oceanol. Acta. — 1982. — Vol. 5, № 3. — P. 339-347.
Fiala M., Oriol L. Vitamin B and phytoplankton dans l'ocean Antarctique. Distribution et approche experimentale // Mar. Biol. — 1984. — Vol. 79. — P. 325-332.
Gerloff G.C., Scoog F. Gell contens of nitrogen and phosphorus as a mesure of their availability for growth of Microcystis acruginosa // Ecology. — 1954. — Vol. 35. — P. 348-353.
Guillard R.R.L. B specificity of marine centric diatoms // J. Phycol. — 1968. — № 4. — P. 59-64.
Guillard R.R.L. Organic sources of nitrogen for marine centric diatoms // Marine Microbiol. — Springfield, 1963. — P. 93-104.
Guillard R.R.L., Ryther J.H. Studies of marine planctonic diatoms: Cyclotella nana Hustedt and Detonula convervacea (Cleve) Gran. // Can. J. Microbiol. — 1962. — Vol. 8. — P. 229-239.
Haines K.S., Guillard R.R.L. Growth of vitamin B12 requiring marine diatoms in mixed laboratory cultures with vitamin B12 — producting marine bacteria // J. Phycol. — 1974. — Vol. 10. — P. 245-252.
Holm-Hansen O., El-Sayed S.Z., Franceschini G.A., Cuhel R.L. Primary productions and the factors controlling phytoplankton growth in the Southern Oceans: Adaptation within Antarctic ecosystems // III-SCAR Sympos. Antarct. Biol. — Wash. : Smithsonian Inst., 1977. — P. 11-50.
Kanazawa A. Vitamins in algae // Bull. Jap. Soc. Sci. Fish. — 1963. — Vol. 28. — P. 713-731.
Kashiwada K., Kakimoto D. Studios on vitamin B in natural waters: VII. Relation between the fertility and the vitamin B content of lakes // Bull. Jap. Soc. Sci. Fish. — 1962. — Vol. 28. — P. 352-360.
Loched A.G., Thexton R.H. Vitamin B as a factor for soil bacteria // Nature. — 1951. — Vol. 167, № 4260. — P. 1034.
Marchant H.J. Cyanophytes: Antarctic marine protists // Australian Biological Resources Study. — 2005. — P. 324-325.
Martin J.L.Y., Vacelet E. Role of vitamins in bacterial plankton relationships in littoral waters and supralittoral pools: 3. Relationships between amount of vitamin B12 and populations which synthesize it // Cahiers de biologie marine. — 1975. — Vol. 16(4). — P. 511-519.
Menzel D.W., Spaeth J.P. Occurrence of vitamin B in the Sargasso Sea // Limnol. Oceanogr. — 1962. — Vol. 7. — P. 151-154.
Natarajan K.V. Distribution and significance of vitamin B and thiamine in the subarctic Pacific Ocean // Limnol. Oceanogr. — 1970. — Vol. 15. — P. 655-659.
Nishijima T., Hata Y. Kinetic study of vitamin B12 production and consumption in natural seawater // Nippon Suisan Gakkaishi. — 1989. — Vol. 55(7). — P. 1253-1257.
Nishijima T., Hata Y. Seasonal variation in the concentration of dissolved vitamin B , thiamine, and biotin in Susaki Harbor and Nomi Inlet // Rep. USA Mar. Biol. Inst. — 1979. — Vol. 1. — P. 1-8.
Ohwada K., Taga N. Distribution and seasonal variation of vitamin b, thiamine, and biotin in the sea // Mar. Chem. — 1972. — Vol. 1. — P. 61-73.
Okbamichael M., Sanudo-Wilhelmy S.A. New method for the determination of vitamin B12 in seawater // Anal. Chim. Acta. — 2004. — Vol. 517. — P. 33-38.
Parker M. Vitamin B in lake Washington, USA // Limnol. Oceanogr. — 1977. — Vol. 22. — P. 527-538.
Partensky F., Hess W.R., Vaulot D. Prochloroccocus, a marine photosynthetic prokaryote of global significance // Microbiol. Mol. Biol. Rev. — 1999. — Vol. 63. — P. 106-127.
Provasoli L. Growth factors in unicellular marine algae // Perspectives in Marine Biology. — Berkeley : Univ. Calif. Press, 1958. — P. 385-403.
Provasoli L. Nutritional relationship in marine organisms // Fertility of the sea. — N.Y., 1971. — Vol. 2. — P. 369-382.
Provasoli L. Organic regulation of phytoplankton fertility // The Sea. — N.Y., 1963. — P. 165-219.
Provasoli L., Carlucci A.F. Vitamins and growth regulators // Algal Physiology and Biochemistry. — Oxford : Blackwell Sci. Publ., 1974. — P. 741-787.
Provasoli L., Pintner I.J. Ecological implication of in vitro nutritional requirements of algal flagellates // Ann. N.Y. Acad. Sci. — 1953. — Vol. 56. — P. 839-851.
Raymont J.E.G. Plankton and productivity in the oceans. — Oxford : Pergamon Press, 1963. — 660 p.
Ryther J.H., Guillard R.R.L. Enrichment experiment as a means of studying nutrients limiting to phytoplankton production // Deep-Sea Res. — 1959. — Vol. 6. — P. 65-69.
Ryther J.H., Guillard R.R.L. Studies of marine planktonic diatoms. 2. Use of Cyclotella nana Hustedt for assay of vitamin B in sea water // Can. J. Microbiol. — 1962. — Vol. 8. — P. 437-445.
Rodionov D.A., Vitreschak A.G., Mironov A.A., Gelfand M.S. Comparative genomics of the vitamin B12 metabolism and regulation in prokaryotes // J. Biol. Chem. — 2003. — Vol. 278. — P. 41148-41159.
Sedwick P., Ditullio G., Mackey D.J. Iron and manganese in the Ross Sea, Antarctica: seasonal iron limitation in Antarctic shelf waters // J. Geophys. Res. — 2000. — Vol. 105. — P. 11321-11336.
Skerman T.M. Nutritional pattern in marine bacterial population // Marine Microbiol. — Springfield, 1963. — P. 1008-1013.
Slobodkin L.B. A possible initial condition of red tides on the coast of Florida // J. Mar. Res. — 1954. — Vol. 12. — P. 148-155.
Smith E.L. Vitamin B12. — L. : Methuen & Co. Ltd., 1965. — 180 p.
Stefels J.P. Physiological aspects of the production and conversion of DMSP in marine algae and higher plants // J. Sea Res. — 2000. — Vol. 43. — P. 183-197.
Sunda W., Kieber D.J., Kiene R.P., Huntsman S. An antioxidant function for DMSP and DMS in marine algae // Nature. — 2002. — Vol. 418. — P. 317-320.
Sweeney B.M. Gymnodinium splendens, a marine dinoflagellate requiring vitamin B12 // Amer. J. Bot. — 1954. — Vol. 41. — P. 821-824.
Swift D.G. Algae assay for vitamins // Algae as a ecological indicators. — L. : Acad Press Inc. Ltd., 1984. — P. 281-313.
Swift D.G. Vitamin levels in the Gulf of Maine and ecological significance of vitamin B12 there // J. Mar. Res. — 1981. — Vol. 39, № 2. — P. 375-403.
Swift D.G. Vitamins and phytoplankton growth // The physiological ecology of phytoplankton. — Oxford : Blackwell Sci. Publ. Ltd., 1980. — P. 329-368.
Swift D.G., Guillard R.R.L. Diatoms as a tool for assay of total B12 activity and cyancobalamin activity in sea water // J. Mar. Res. — 1977. — Vol. 35. — P. 309-320.
Swift D.G., Guillard R.R.L. Unexpected response to vitamin B12 of dominant centric diatoms from the spring bloom in the Gulf of Maine (Northeast Atlantic Ocean) // J. Phycol. — 1978. — Vol. 14. — P. 377-386.
Swift D.G., Taylor W.R. Growth of vitamin B — limited cultures Thalassiosira pseudonana, Monochrysis lutheri and Isochrysis galbana // J. Phycol. — 1974. — Vol. 35. — P. 309-320.
Vishniac H.S., Riley G.A. Cobalamin and thiamine in Long Island Sound: patterns of distribution and ecological significance // Limnol. Oceanogr. — 1961. — Vol. 6. — P. 36-41.
