- Невидимая сеть.
- Незаметные труженики.
- Немцы на Байкале.
- Диатомовый триумвират.
- Все проходит и – все остается.
Невидимая сеть.
Наука, как никакая другая сфера деятельности, предполагает преемственность прошлого и настоящего. Разрыв этой связи чреват невосполнимостью и утратой отдельных ветвей науки. С другой стороны, непременной чертой научной деятельности всегда была коллективность. Так, уже в «Проекте положения об учреждении Академии наук и художеств», принятом Российским Сенатом в начале 1724 г., особенно отмечалась «полезность обсуждения опытов представителями разных специальностей». Эти принципы, заложенные еще Петром I, легли в основу и современного Устава Российской Академии наук.
Давайте на примере исследования диатомовых водорослей (род Aulacoseira) попытаемся рассмотреть эту невидимую сеть связей, существующих в науке: вертикальных (между прошлым и настоящим) и горизонтальных (между различными исследованиями, событиями и явлениями одного времени).
Незаметные труженики.
Диатомовые водоросли являются одноклеточными растениями, обладающие кремнистыми панцирями необыкновенной красоты. Однако увидеть особенности строения этого панциря у каждого вида можно только с помощью световой, сканирующей или трансмиссионной (просвечивающей) электронной микроскопии.
На долю этих незаметных тружеников приходится, по разным оценкам, от 20-40 % всей первичной органической продукции на Земле, включая все неземные растения! Поскольку панцири диатомей могут неограниченно долгое время сохраняться в осадках озер, морей и океанов, по ним можно отслеживать историческое развитие водных растительных сообществ.
Разные виды этих водорослей предъявляют различные требования к условиям обитания, поэтому сообщества диатомовых водорослей служат удобным индикатором изменений окружающей среды, в том числе и климатических. Исследования диатомовых в донных осадках принесли множество очевидных доказательств таких явлений, как, например, закисления европейских озер в результате индустриализации, или изменения направлений глубоководных океанических течений.
Диатомеи находят различное применение в промышленности. На основе анализа распределения диатомовых водорослей в осадочных породах оценивают возраст и мощность месторождений нефти. Диатомиты (породы, состоящие из панцирей отмерших диатомовых водорослей) добывают и используют для получения тонких абразивов, для фильтрования вина и пива, как строительный материал.
Из-за малого размера диатомей их изучение шло параллельно с развитием микроскопии. С конца XVI в. диатомовые исследовали с помощью световых микроскопов, при этом они служили не только объектом исследований, но и своеобразным эталоном, по которому проверялось качество оптических линз. Как только выяснилось, что клеточных стенок (панцирей) диатомей можно готовить постоянные препараты, которые можно хранить неограниченно долгое время, начали создаваться диатомовые коллекции. Они стали «краеугольным камнем» систематики диатомовых, которая идентифицирует виды и организует их в определенные иерархические группы.
С 60-х годов прошлого века для выявления мелких деталей строения клетки стала все больше и больше использоваться электронная микроскопия, при этом открывались новые виды диатомовых. В последние же 10 лет на первый план стали выдвигаться молекулярные методы систематики, к сожалению, иногда с некоторым отрывом от классических морфометрических исследований.
Немцы на Байкале.
К исследованиям байкальских диатомовых так или иначе «приложили руку» ученые самых разных специальностей и национальностей, но пальма первенства, без сомнения, принадлежит немецким исследователям. Первым ученым-немцем, который посетил озеро Байкал, был Даниил Готлиб Мессершмидт (1685-1735). Он был приглашен самим Петром I еще до основания Российской Академии наук, в течение 7 лет (1720-1727) путешествовал по Сибири. Мессершмидт собирал сведения по истории, этнографии, географии и экономике, а также замечательные коллекции растений и животных, включая кости мамонта. К сожалению, многие из них были утрачены при кораблекрушении и во время пожара в Петербурге.
Другой разносторонне одаренный немецкий ученый, неутомимый путешественник Иоганн Готлиб Георги (1729-1802), узнав о том, что Российская Академия наук планирует исследования мало изученных земель, сразу обратился с просьбой включить его в состав одной из экспедиций. Вместе с группой Петера Симона Палласа он провел на Байкале 2 года (1772-1774). За это короткое время Иван Иванович, как нарекли его русские коллеги, составил подробную карту Байкала, дал детальное описание условий окружающей среды, обнаружил и описал многие ранее неизвестные виды, в том числе – байкальского омуля, Coregonus autumnalis migratorius Georgi. Пробы осадочных отложений, собранные Георги, были отправлены в Санкт-Петербург и в другие города. В том числе из долины реки баргузин, вытекающей из Байкала, попали сначала в берлинскую коллекцию минералов М. Клапрота, а позднее – в коллекцию К. Эренберга.
Мартин Генрих Клапорт (1743-1817) был известным химиком и минералогом. В Берлине, в Музее естественной истории он создал коллекцию природных минералов и руд, которая сейчас носит его имя. Он открыл 4 новых элемента, в том числе в 1789 году – уран. Любопытно, что именно путем анализа изотопов урана, проводимого с конца 80-х годов ХХ века, было установлено время появления в донных осадках Байкала эндемичной диатомовой водоросли Aulacoseira baicalensis, «хозяйки» современного байкальского фитопланктона. В честь этого доминирующего вида годы ее активного развития до сих пор называются «мелозирными» (по имени рода Melosira, к которому ранее относился этот вид).
Одним из первых и наиболее известнейших микроскопистов своего времени был Кристиан Готфред Эренберг (1795-1876). Многие путешественники и исследователи, в том числе сам великий Чарльз Дарвин, посылали ему свои пробы почв, пыли, вулканического пепла, морских и пресноводных организмов, собранные в различных уголках планеты. Основным и излюбленным объектом Эренберга были как раз диатомовые водоросли. В период с 1838 по 1854 годы он выделил 35 родов и 4 рода других одноклеточных водорослей, а в общей сложности дал описание нескольким тысячам видов!
Диатомовый триумвират.
Во все свои путешествия Эренберг всегда брал микроскоп и бумагу для рисования. В дневное время он собирал пробы, в ночное – зарисовывал обнаруженные в них водоросли. Его коллекция в Берлине насчитывает сотни оригинальных рисунков. Эренберг, а позднее Фридрих Кюцинг (1807-1893) и Отто Мюллер (1837-1917), составили тот триумвират, который предопределил исключительно сильные традиции диатомовых исследований в Германии, сохранившийся и по сей день.
Несмотря на низкое разрешение микроскопов того времени и слабую светопроницаемость слюды, на которой готовились препараты, Эренберг умел распознавать отличительные характеристики различных мельчайших организмов и, следуя традиции Линнея, присваивал новым из них латинские имена. Имена были бинальными: на первом месте стояло название рода, на втором – вида.
Многие мелкие окрашенные водоросли были помещены им в род Gailonella. Позднее название этого рода было сохранено за бактериями, а диатомеи были переведены Кюцингом в другие рода. Например, часть диатомей, образующих нитевидные колонии, были перенесены им в род Melosira (латинский вариант греческого термина «нить бус»). Этот перенос видов из одного рода в другой иллюстрирует фундаментальный принцип систематики: в случае, если рассматриваемый вид существенно отличается от типового вида, на котором основано описание рода, его следует удалить из данного рода и перенести в другой (новый или уже существующий).
Так, например, в 1848 г. англичанин Джорж Твайтс (1812-1882) решил, что некоторые из пресноводных видов рода Melosira nummuloides, и должны быть перенесены в новый род Aulacoseira. Это предложение игнорировалось до тех пор, пока через 130 лет Раймер Симонсен, работавший в то время в Бремерхавене, а ныне проживающий в Бремене, не опубликовал новые комбинации для 59 видов и внутривидовых таксонов. В то время Симонсен был куратором другой крупнейшей в мире коллекции диатомовых водорослей, состоящей примерно из 65 тысяч препаратов их панцирей, собранной Фридрихом Хустедтом (1886-1968), также известнейшим диатомистом своего времени.
Все проходит и – все остается.
К середине ХХ века количество видовых и надвидовых таксонов диатомовых водорослей катастрофически увеличилось. Однако принципы систематики диатомей оставались неизменными, а собранные коллекции служили ее центральным базисом. Стало очевидным, что при отсутствии типового образца, на котором основан вид, использование видового имени биологами, экологами и другими специалистами имеет достаточно сомнительный характер.
К счастью для диатомистов, панцири диатомовых водорослей сохраняются в неизмененном состоянии практически неограниченное время, в результате чего основная часть коллекций передается из поколения в поколение. Это означает, что у нас всегда сохраняется возможность вернуться к оригинальному материалу для того, чтобы проверить его идентичность исследуемому образцу.
Ранние описания диатомовых неизбежно были ограничены возможностями микроскопов того времени. Теперь же мы можем получить световые микрофотографии этих видов намного лучшего качества, а, кроме того, использовать электронную микроскопию для изучения их тонкого строения. Более того, мы также можем проверить филогенетические взаимоотношения между систематическими таксонами и другими методами, например, методами молекулярной биологии.
Но вернемся к роду Aulacoseira. По описаниям путешествия Георги мы можем довольно точно установить место в долине реки Баргузин, в котором он в свое время отобрал пробы. Благодаря проекту INTAS, поддерживающему связи между исследователями из различных стран, мы получили возможность работать вместе с немецкими коллегами. Был найден первичный материал в коллекции Эренберга в Берлине и проанализирован в сканирующем электронном микроскопе. К нашей большой радости было обнаружено,что створки диатомовых в нем прекрасно сохранились, так, как будто этот материал был собран сегодня.
В том же 1843 году, когда Эренберг описал вид A. granulatа, обнаруженный в почвах острова Ньюфаундленд, он также обнаружил его и в пробах из долины реки Баргузин. И сейчас мы получили практически уникальную возможность увидеть и детально исследовать то, что понимал под этим видом Эренберг более 160 лет!
Посмотрите – эта невидимая на первый взгляд, широко разветвленная сеть, связывающая ученых из разных стран, смежных или даже отдельных специальностей, простирается из восемнадцатого века до наших дней. Прикасаясь к препаратам, с любовью сделанным нашими коллегами уже столетия назад, мы не только уменьшаем пробелы в наших знаниях, но и сами становимся частицей того непрерывного потока научной мысли, который связывает наш сегодняшний день с днем будущим.
