Бокал русалки

На этом фото вы видите колонию одноклеточных водорослей ацетабулярий Acetabularia jalakanyakae, найденных у Андаманских островов в Индийском океане и недавно описанных индийскими учеными из Пенджабского университета (Central University of Punjab) во главе с Феликсом Бастом (Felix Bast). Клетки этой водоросли вы можете рассмотреть в деталях: каждый зеленый зонтик с ножкой — это отдельная клетка. Cвое родовое название ацетабулярия получила за вогнутую форму зонтика, напоминающую чашу: acetabulum — это чаша с уксусом, в которую древние греки и римляне макали еду. Именно поэтому ацетабулярию также называют «бокал русалки». А слово jalakanyaka, от которого происходит видовое название новооткрытой водоросли, на языке малаялам (Феликс Баст — представитель индийского народа малаяли, он родом из штата Керала) как раз и означает русалку или богиню океанов.

Ацетабулярия A. parvula. Этот снимок © Dr. Dennis D. Kunkel из Вашингтонского университета (США) получил премию в номинации Honorable Mention на конкурсе Nikon’s Small World 1988 Photomicrography Competition

Ацетабулярии были описаны еще в XVI веке, а Карл Линней включил один из самых распространенных видов — A. acetabulum — под названием Madrepora acetabulum в тип стрекающих (см. картинку дня Абсолютное оружие). На самом деле ацетабулярии — никакие не животные, а зеленые водоросли, они обитают на мелководье в тропических морях. Впрочем, недавние находки ацетабулярий на Багамах показали, что они могут встречаться и в прудах с соленой водой, где они образуют огромные заросли.

Заросли ацетабулярии и других водорослей (например, Batophora oerstedii) в пруду с соленой водой на Багамах. Фотография из сообщения S. A. Woolbright, H. A. Birchfield, 2019. Mermaids move inland

Единственная клетка ацетабулярии достигает 3–5, а иногда и 12–18 см в зависимости от вида. Это одна из самых больших известных клеток одноклеточных организмов. Чемпионом, скорее всего, являются клетки зеленых водорослей рода каулерпа (Caulerpa), которые могут достигать десятков сантиметров. Однако, в отличие от каулерпы, клетки которой многоядерные, у ацетабулярий всего одно ядро, которое находится в ризоиде (ножке) водоросли. От ядра отходит длинный стебелек, который у зрелых особей заканчивается фотосинтезирующей шляпкой диаметром около сантиметра (у некоторых видов даже больше). Кроме того, на стебельке могут оставаться волоски, образующие мутовку.

Различные формы и строение клетки ацетабулярии. Слева — ювенильная форма; в центре — взрослая форма; справа — взрослая водоросль, готовая к размножению. Водоросли прикреплены к субстрату ризоидом (rhizoid), в котором находится диплоидное ядро (nucleus (2n)). Стебель (stalk) покрыт мутовками волосков (whorl of hairs), которые у зрелых водорослей могут отпадать, оставляя следы (whorl scar). Взрослая форма, готовая к размножению, отличается наличием зонтика (cap), который вырастает из апикального конца стебля (stalk apex) и представляет собой сросшиеся волоски. Рисунок из статьи I. M. Henry et al., 2004. Comparison of ESTs from juvenile and adult phases of the giant unicellular green alga Acetabularia acetabulum

Структура шляпки различается у различных видов ацетабулярий. Так, у A. acetabulum шляпка представляет собой практически сплошной ровный круг с множеством сросшихся лучей, а у  A. crenulata лучи остаются большей частью отдельными.

Форма шляпки различных видов ацетабулярии. A — A. acetabulum, B — A. crenulata, C — A. dentata, D — A. peniculus. Фотографии из книги S. Berger, 2006. Photo-Atlas of living Dasycladales

Первые микроскопические исследования, проведенные в 1880-х годах на ацетабулярии, привели ученых к выводу, что у нее много ядер. Впоследствии этот вывод оказался неверным: выяснилось, что были изучены те растения, которые уже были готовы к образованию гамет. Перед этим ядро ацетабулярии делится много раз: сначала путем мейоза, а потом путем митоза, образуя множество ядер, которые мигрируют в сегменты шляпки. Эти ядра образуют цисты, а затем гаметы, которые распространяются в воде после того, как шляпка водоросли разрушается. Полный цикл развития ацетабулярии замечательно снят в видео Life history of Acetabularia (Dasycladales).

То, что ацетабулярия — это одноклеточная водоросль, показал спустя 50 лет, в 1931 году, немецкий исследователь Иоахим Геммерлинг (Joachim Hämmerling), который разработал метод выращивания этих водорослей в лаборатории. Он же провел несколько опытов, ставших классикой молекулярной и клеточной биологии (см. задачу «Опыты Геммерлинга с ацетабулярией»).

Основой для его экспериментов послужила способность ацетабулярии к регенерации: она живет на мелководье и часто повреждается прибоем. Поэтому водоросль способна отрастить заново любую часть клетки, кроме ядра. В этот процесс вовлечено большое количество механизмов, в частности образование градиентов различных веществ: мРНК, ионов кальция, гормоноподобных и др.

Чтобы увидеть ацетабулярию, не обязательно ехать на море. В процессе своего развития эти водоросли способны накапливать кристаллы карбоната кальция, поэтому окаменелые остатки можно встретить там, где моря уже давно нет. Так, исследователи описали новый, вымерший вид ацетабулярии, анализируя известняки востока Румынии.

Находка Acetabularia moldavica в Румынии. A — зрелая шляпка. B — фрагмент зрелой шляпки. C — колония окаменелых ацетабулярий на камне: белой стрелкой обозначена верхняя сторона шляпки, черной — нижняя. Фото из статьи F. Baratollo et al., 2019. A new polyphysacean alga from the Miocene of Romania and its biomineralization

Фото © Felix Bast с сайта bbc.com.

Екатерина Грачева