Аптека на литорали. Его величество фукус

Фукус во время отлива. Фото И.В. Рыжик.


У каждого моря есть свои краски, запахи и звуки. И я думаю, что, гуляя по берегу Баренцева или Белого морей, вы ощущали его запах, цвет, и отмечали необычные растения на камнях, которые смешно лопались, когда на них наступали. Именно эти водоросли обеспечивают характерный вид литорали северных морей.

Итак, герой нашего рассказа -- фукус. Он принадлежит  семейству фукусовых, представители которого  разнообразны не только по местам обитания, внешнему виду, но и своими историями. Например, некоторые из них могут спокойно жить под водой, а другим необходим период осушения (пельвеция). Отдельные представители этих водорослей стали участниками легенд и героями литературных произведений (саргассум).

Полезный незнакомец

К сожалению, жителям нашей страны данная водоросль практически неизвестна, тогда как у народов других стран для неё есть большое количество названий. Например, в английском языке их около десяти, а на португальском – шесть. Всё это говорит о популярности этого растения в приморских странах, а называют его и  морским виноградом, и морским дубом, и даже «хлопалка» (это португальское название, по-видимому, было навеяно звуками, которые издаются, когда, гуляя по берегу, наступаешь на пузыри водорослей). В нашей стране у него почти нет народных названий, разве что иногда можно встретить такое как морской виноград.

В нашем регионе произрастает несколько видов, наиболее узнаваемые и хорошо различающиеся между собой – фукус пузырчатый, двусторонний и зубчатый. На самом деле их немножко больше, но зачастую различить их может только специалист.

Фукусовые – это многолетние растения, которые среди других групп водорослей имеют наиболее сложно устроенный таллом (это само тело водоросли), одной из примечательных особенностей их является наличие воздушных пузырей.  

Живут фукусы несколько лет и формируют мощные заросли.  Они предпочитают каменистый грунт, так как за него проще зацепиться, и их не встретишь на песчаной литорали. Они могут заселять как отвесные скалы на открытом действию волн берегу моря, так и кутовые участки губ и заливов, также могут заселять литоральные ванны*.  Прикрепляются они к субстрату с помощью подошвы, и сила прикрепления достаточна велика, вы с трудом сможете оторвать их от камня.

Их домом является литораль*, которая формируется под влиянием приливно-отливного движения воды, и её можно рассматривать как буферную зону между сушей и морем.

Именно приливно-отливной цикл создает «атмосферу» жизни для всех живых организмов прибрежной зоны. Представьте, что два раза в сутки (это в наших условиях, иногда встречается по-другому) вода уходит и обнажается дно, -- это означает, что водные организмы переходят в совершенно другой мир, другие условия. И если для животных есть вариант уйти в более комфортную среду, или замереть в ожидании наступления благоприятных условий, то водорослям надо продолжать жить здесь, потому что «сбежать» не удастся.

При отливе они начинают испытывать на себе воздействие воздуха, осушение, изменение уровня света (освещённость может увеличиваться в десятки раз) и температуры (иногда колебания могут достигать 20-30 градусов). Они могут в период отлива зимой покрываться ледяной коркой или высыхать до хруста летом. Но как только наступает прилив, они полностью восстанавливаются. При этом в период осушения водоросль не впадает «в спячку», а продолжает функционировать -- ну, может, с немножко другой скоростью: ряд физиологических процессов синхронизируются с приливно-отливными циклами, идёт смена направления путей синтеза тех или иных веществ, то есть в прилив водоросль синтезирует одну группу веществ, а в отлив – другую.

Фукус пузырчатый в период отлива зимой.

 

Приспособление к среде

Что позволяет фукусам выдерживать такие разнообразные условия?

Для того чтобы выжить и нормально функционировать, у них сформировались различные приспособления, как во внешнем виде, так и в метаболизме, в химическом составе.

Во-первых, это своеобразный внешний вид  водоросли, в особенности их воздушные пузыри. Они нужны, чтобы удерживать таллом водоросли в воде в вертикальном положении,  что позволяет эффективно использовать солнечный свет, проходящий через толщу воды, и обеспечивает интенсивное перемешивание воды и обмен веществ вокруг таллома.

Также, например, при размножении они синхронизировали выход половых продуктов с  величиной (уровнем) приливно-отливного цикла, что позволяет растениям успешно воспроизвести себя и сохранять популяцию в целости.

Существование в таких разнообразных условиях способствовало формированию своеобразного химического профиля растения, то есть особенностей метаболизма и синтеза и накопления тех характерных веществ, которые позволяют выжить в быстроменяющихся условиях среды. 

И мы с вами рассмотрим ключевые химические вещества, которые позволяют водорослям адаптироваться и которые, в свою очередь, стали интересны человеку, он их смог выделить, изучить и с успехом использует в своей практике.

Во-первых, это альгиновые кислоты, которые синтезируются только водорослями, такими как ламинария, фукус. У водорослей альгинаты являются основным структурным компонентом клеточной стенки и межклеточного пространства, то есть отвечают за прочность таллома и участвуют в обмене веществ со средой.

Альгиновые кислоты обладают высокой сорбционной способностью и могут набухать, поэтому они стали активно использоваться человеком в качестве сорбентов, так как они связывают соли тяжёлых металлов, радионуклиды и способны выводить их из организма. Кроме этого, они могут нормализовать процессы пищеварения, способствуют похудению, так как при попадании в желудок значительно увеличиваются в размерах, чем вызывают уменьшение «рабочего» объёма желудка и формируют чувство сытости. Также альгиновые кислоты регулируют водно-солевой обмен и уменьшают концентрацию холестерина в крови.

Они активно используются в пищевой промышленности при производстве, например, искусственной чёрной или красной икры. Муссы и пудинги без них тоже не обходятся. Даже современные красавицы должны сказать спасибо альгинатам, так как они входят в состав гелей, кремов и масок для лица.  

Второе вещество, которое активно интересует человека в последние десятилетия – фукоидан.

У водорослей это соединение участвует в построении клеточных стенок, поддерживает структуру клеток. Благодаря особенностям строения, фукоиданы участвуют в ионном обмене водорослей со средой, в формировании адаптации к изменению солёности и к воздействию различных токсикантов.

Человека заинтересовала многофункциональность фукоидана. Исследования последних лет выявили его антикоагулянтную способность (это наиболее изученное свойство фукоидана), их можно использовать как  антиоксиданты. Также они обладают иммуномодулирующим эффектом, это обеспечивается усилением синтеза интерферонов, активацией клеток-киллеров и фагоцитов. Кроме этого, фукоидан улучшает регенерацию тканей и способствует заживлению ожогов. Одно из популярных направлений в исследовании фукоидана  -- использование его  для профилактики и лечение нейродегенеративных заболеваний.

Также показана противовирусная активность данного вещества. Например, выявлена способность фукоидана подавлять адсорбцию и репликацию вируса клещевого энцефалита  на ранних стадиях развития инфекции. И, в связи с недавней вспышкой известного вирусного заболевания, интерес к данному свойству фукоидана возрос. В мире разрабатываются  вакцины, против, например, вируса гриппа, с добавлением фукоидана, так как он способен усиливать действующее вещество вакцины, малотоксичен и хорошо переносится животными организмами.

Потенциал, который нужно раскрыть

Фукоиданы обладают противораковой активностью и эффективны в восстановительной медицине. В настоящее время существует много разработок, которые позволяют использовать это вещество в составе продуктов-нутрицевтиков и в косметологии.

У фукусов, как фотосинтезирующих организмов, в клетках содержатся пигменты, которые участвуют в процессах фотосинтеза. Это хлорофиллы и каротиноиды, из которых в наибольшем количестве содержится фукоксантин, который придаёт бурую окраску талломам. Они нужны не только для красоты водоросли, но и выполняют множество функций: защищают от избытка света ярким днём и увеличивают эффективность фотосинтеза, дополнительно поглощая свет в пасмурный день. Кроме того, они выступают как антиоксиданты.

Человек научился применять их, выделяя пигмент-белковый комплекс, который использует как противовирусное, регенерирующее, гемостимулирующее  вещество (улучшает качество крови).

К другим полезным соединениям относятся флоротанин. У этого вещества разнообразные задачи: он защищает фукус от поедания животными. Флоротанин относится к группе танинов. Сходные по структуре вещества содержатся, например, в чае, придавая ему терпкий горьковатый вкус, но когда танина много -- чай становится нериятен. Так и с фукусами. В ответ на повреждение у них накапливается флоротанин, который делает, с одной стороны, водоросль «невкусной» для улиток, а с другой стороны, уже у повреждённой водоросли участвует в восстановлении покровов.  Ещё одно важное свойство: защищает клетки от избытка ультрафиолета. И выступает как антиоксидант.

Вы, наверное, обратили внимание, что практически все рассмотренные вещества обладают антиоксидантным эффектом. Что же это такое? В клетках всегда образуются активные формы кислорода, которые могут окислять мембраны и вызывать гибель клеток. Старение также связано с усилением окисления и снижением защитных сил организма. В условиях стресса окислительные процессы тоже усиливаются. И организму нужно большое количество разнообразных веществ, которые нейтрализуют окислители, делая их безвредными; все вместе они формируют антиоксидантную систему клетки. Одним из таких компонентов и является флоротанин.  

 Также показана высокая противоопухолевая активность этих соединений, они способны предотвращать и контролировать прогрессирование этой группы заболеваний, что подтверждается рядом клинических испытаний.

Кроме выше рассмотренных соединений, в водорослях присутствует большое разнообразие свободных аминокислот, которые в растениях выполняют множество функций, в том числе адаптогенных. Аминокислота пролин участвует в адаптации к низким температурам и выступает как криопротектор, препятствуя образованию кристалликов льда в клетках при понижении температуры. К сожалению, в настоящий момент эта группа недостаточно исследована, но, возможно, в дальнейшем этот комплекс можно будет использовать для разработки ценных продуктов питания.

Но все это, так скажем, «тонкое» использование, то есть для применения необходимо выделить и очистить вещество, а возможно ли просто взять её и попробовать?

Да, из фукуса готовят крупку, которую добавляют в хлеб, шоколад, создают приправы. В принципе, если вы гуляете по литорали солнечным летним днём и вам захотелось солёненького, то можно запросто сорвать кусочек водоросли (а именно -- её рецептакул) и похрустеть. Или принести домой и добавить в салат, или потушить с мясом или рисом. Но это, конечно, блюдо для гурманов.

Кстати, не только человек рад попробовать фукус. В ряде стран домашних животных специально выгоняют на литораль, чтобы они попаслись там и поели водоросль, или используют водоросли как добавку к корму.

Да и растения на огороде не откажутся познакомиться с экстрактом из фукуса и других морских водорослей. Экстракт содержит большое количество минеральных элементов и биологически активных веществ, обладающих стимулирующим эффектом на наземные растения.

Ещё одно важное направление использования фукуса – это биоремедиация. Мы помним, что литораль, где живут водоросли, -- это буферная зона между сушей и морем, и в ней может скапливаться большое количество токсикантов и ксенобиотиков, которые поступают в окружающую среду из-за деятельности человека.

Было предложено использовать фукусы для очистки загрязнённых территорий побережья. И была показана эффективность такого подхода: фукус способен как накапливать тяжёлые металлы, так и участвовать в переработке и обезвреживании разных групп нефтепродуктов. Но в последнем случае он «работает» не один, а совместно с комплексом микроорганизмов, которые обитают на его поверхности.

Вот мы и познакомились с нашим уникальным  соседом. И если вас привлекает не только практическая сторона, но и эстетика, то сфотографируйте эту водоросль, как напоминание о маленьком путешествии на берег моря.

   

   Морской виноград.

  Автор: Инна Валерьевна Рыжик, к.б.н., Мурманский морской биологический институт. 

*Литоральная ванна – участок литорали, в котором в период отлива сохраняется вода. Они бывают временными (на песчаном или илистом грунте) и постоянными (скалы). Скальные литоральные ванны характеризуются особым видовым составом, часто в них обитают виды, характерные для сублиторали.

*Литораль – участок берега, который затопляется морской водой во время прилива и осушается во время отлива.