2025 БАТ 932-935 Диатомовые водоросли

На этих почтовых марках представлены впечатляющие изображения четырех видов диатомовых водорослей, обнаруженных в Антарктиде, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) с улучшенной цветопередачей. Диатомовые водоросли — одна из самых многочисленных и разнообразных групп фотосинтезирующих водорослей. Это означает, что они используют солнечный свет, воду и углекислый газ для производства собственной пищи (глюкозы) и выделения кислорода. Как производители кислорода, диатомовые водоросли важнее всех тропических лесов, производя 20-50% кислорода, которым мы дышим. Диатомовые водоросли встречаются практически во всех водных и подводных средах, везде, где достаточно влаги (пресной или соленой) и солнечного света для фотосинтеза. Они также являются основным источником пищи, обеспечивая до 40% первичной продукции мирового океана и питая высшие организмы почти во всех морских и пресноводных местообитаниях.

Диатомовые водоросли — это микроскопические одноклеточные организмы с клеточными стенками (называемыми панцирями), состоящими из стекла (гидратированного кремнезема). Ископаемые панцири, изображенные на марках, были найдены в образцах морских отложений, собранных со дна континентального шельфа Антарктического полуострова. На обложке изображены несколько экземпляров и фрагментов видов Cocconeis (как на марке 2,16 фунта стерлингов), покоящихся на или прикрепленных к поясу (внешнему краю) вида Arachnoidiscus (изображенного на марке 86 пенсов). Диатомовые водоросли, изображенные на марках 58 и 86 пенсов, обычно имеют диаметр 200-400 микрон (0,2-0,4 мм); диатомовая водоросль, изображенная на марке 1,50 фунта стерлингов, обычно имеет диаметр около 30-50 микрон, а диатомовая водоросль на марке 2,16 фунта стерлингов имеет длинную ось 10-20 микрон.

Размер отдельных панцирей диатомовых водорослей варьируется от 2 до >500 микрон, и они демонстрируют огромное разнообразие форм и орнаментов. Диатомовые водоросли растут в виде одиночных клеток или, чаще всего, в колониях, насчитывающих от нескольких до нескольких сотен особей. Клетки соединены между собой сложными, плотно прилегающими панцирями, слизистыми подушечками, трубочками или ножками, либо секретируемыми хитиновыми нитями. Несмотря на свой крошечный размер, панцири диатомовых водорослей обладают одним из самых высоких соотношений прочности к весу среди всех известных биологических материалов и могут образовывать огромные скопления, видимые из космоса.

Диатомовые водоросли появились в палеонтологической летописи приблизительно 200 миллионов лет назад (млн лет назад) и играли незначительную роль в океанической экосистеме до открытия новых морских путей после распада суперконтинента Пангея в меловом периоде (140-66 млн лет назад). Некоторые из самых ранних морских диатомовых водорослей обнаружены в нижнемеловых (~110 млн лет назад) отложениях моря Уэдделла в Антарктиде. Диатомовые водоросли продолжали диверсифицироваться и распространяться в новые местообитания на протяжении всего кайнозоя (с 66 млн лет назад до настоящего времени), включая колонизацию пресноводных водоемов. Эволюция диатомовых водорослей в течение кайнозоя была настолько успешной, что они стали чрезвычайно разнообразными и многочисленными, по последним оценкам, насчитывая от десятков тысяч до сотен тысяч ныне живущих видов. Это разнообразие и обилие, в сочетании с их коротким жизненным циклом (несколько дней) и адаптацией к нишевым местообитаниям, делают диатомовые водоросли особенно полезными индикаторами изменений окружающей среды. Как и у других растений, способность диатомовых водорослей выживать и процветать зависит от их устойчивости к температуре, солености, свету и доступности питательных веществ, но также распространяется на некоторые уникально адаптированные виды, которые эволюционировали, чтобы расти на определенных растениях или животных.

Диатомовые водоросли особенно важны для мониторинга и реконструкции океанической и континентальной среды в Южном океане и Антарктиде, где наблюдения доспутниковой эры (1979 г.) немногочисленны и отсутствуют до 1950-х годов. Кроме того, многие другие организмы, используемые в качестве индикаторов состояния окружающей среды, отсутствуют, присутствуют лишь в небольших количествах (низкая численность или ограниченное разнообразие) или не сохранились в палеонтологической летописи.

Использование диатомовых водорослей для отслеживания состояния поверхности моря начинается с понимания их современного распространения и предпочтений в среде обитания в поверхностных водах. Поверхностные воды содержат до нескольких сотен миллионов диатомовых водорослей на литр, состоящих из многих десятков или даже сотен видов. Каждый вид имеет идеальную среду обитания и диапазон условий, которые он может выдерживать, что определяет, насколько успешно вид растет и размножается. После смерти большинство панцирей растворяются в морской воде, опускаясь на дно, но те, которые доживают до дна, сохраняются в отложениях, создавая непрерывный архив сообществ на поверхности моря, которые накапливаются с течением времени. Морские донные буровые установки извлекают и собирают трубки из донных отложений, что позволяет нам анализировать, как сообщество диатомовых водорослей меняется с течением времени и что эти изменения говорят нам о прошлых условиях океана. Например, ископаемые сообщества диатомовых водорослей в отложениях возрастом 20 000 лет из глубин Южного океана содержат гораздо больший процент видов, связанных с морским льдом, чем в более молодых отложениях, что отражает значительно расширенный сезонный морской лед, существовавший в то время (последний ледниковый максимум).

Традиционное применение диатомовых водорослей в промышленности основано на их объемных свойствах, обусловленных пористой структурой и содержанием кремнезема, для продуктов и процессов, включающих фильтрацию, абсорбцию, абразивную обработку или изоляцию. Сегодня доступность передовых методов микро- и наноанализа стимулировала исследования широкого спектра промышленных и коммерческих применений диатомовых водорослей, включая множество новых био-, нано- и «зеленых» технологий. Основным источником вдохновения является способность диатомовых водорослей создавать сложные по структуре кремнеземные панцири тысяч различных форм и размеров, в том числе: оптимизация использования материалов и конструкций в производстве и строительстве на основе эффективного использования кремнезема и структурной целостности панцирей диатомовых водорослей; использование диатомовых водорослей в качестве дополнительных цементирующих материалов (SCM) для снижения выбросов углерода в цементных материалах; и разработка оптических линз для управления светом на основе кремнеземной сетки некоторых панцирей диатомовых водорослей, которые эволюционировали таким образом, чтобы рассеивать или концентрировать УФ-излучение в своих клетках путем изменения формы и конфигурации своей сетки. Однако все большее внимание привлекают биологические соединения и процессы, происходящие в диатомовых водорослях, для новых и перспективных применений, в том числе: устойчивое производство липидов (включая омега-3 жирные кислоты), пигментов (фукоксантин), углеводов и антиоксидантов в диатомовых водорослях; использование панцирей диатомовых водорослей в качестве платформы для доставки лекарств и биосенсоров; генная инженерия для изменения морфологии и повышения производства желаемых соединений.

Диатомовые водоросли удивительны во многих отношениях, полных захватывающих и неожиданных явлений!