Введение к работе
Актуальность темы. В последние годы возрос интерес к экологическим исследованиям морских и эстуарных местообитаний. Единственные участники этих процессов оставшиеся за рамками таких исследований - это морские грибы. До недавнего времени морские грибы чаще служили объектами в таксономических и филогенетических исследованиях. Поворотным моментом в представлении экологической роли грибов в морских местообитаниях послужила публикация "Marine Fungi, Their Taxonomy and Biology" (Barghoorn, binder 1944), в которой показан рост и репродукция грибов на погруженной в море древесине, что доказывает существование специфической морской микобиоты. В то же время морские грибы остаются мало изученной группой организмов, поскольку вплоть до 70-х годов XX века роль грибов в морях и океанах подвергалась сомнению (Dowman, 1970; Fenchel, 1972). В настоящее время принята экологическая классификация группы морских грибов: облигатные морские грибы - те, которые растут и размножаются исключительно в морских и эстуарных местообитаниях; вторичноморские грибы (факультативные морские грибы) -те, что обитают в пресной воде или на суше, но могут расти (и возможно размножаться) в морской среде, которые в свою очередь делятся на две группы: вторичноморские грибы - грибы, виды которых относятся к родам, встречающимся на суше, но обнаруженные только в морских условиях и вторичноморские прибрежные грибы, встечающиеся как в море, так и на суше (Kohlmeyer, Kohlmeyer, 1979; Pang, Mitchell, 2005). Единственное планомерное исследование морских грибов в морях России и сопредельных государств было опубликовано в 1981 году (Артемчук, 1981). В нем были рассмотрены работы автора, а так же литературные сведения о морских грибах европейской части России (Черное, Балтийское и Белое моря). Дальневосточные моря России практически не исследованы микологами. До наших исследований были известны 55 видов грибов в Дальневосточных морях России, в том числе имелись сведения о наличии 9 видов вторичных морских грибов (Адрианов, Кусакин, 1998).
Накопившиеся к настоящему времени сведения по экологии и систематике морских грибов заставляют пересмотреть значение морских грибов и по-новому взглянуть на их биоразнообразие, которое может быть представлено гораздо большим числом видов, чем известно в настоящее время. На современном этапе развития морской микологии остаются актуальными вопросы видового богатства
4 и структуры грибных комплексов морей, а также влияния на них абиотических факторов морской среды и антропогенной нагрузки.
Цель и задачи исследования. Целью исследований было установление структуры комплексов вторичных морских грибов Японского и Охотского морей России и их экологической роли. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи: 1) изучить видовое богатство грибов морских грунтов и ассоциантов морских животных; 2) изучить структуру комплексов грибов грибов морских грунтов, горных пород, а так же ассоциантов морских животных; 3) изучить влияние факторов среды на структуру комплексов грибов вышеназванных экологических групп; 4) изучить морфологические адаптации грибов в морской среде; 5) изучить устойчивость грибов к солености морской воды; 6) проанализировать ферментные системы морских грибов на примере 0-гликозилгидролаз; 7) изучить биологически активные вторичные метаболиты морских грибов и другие низкомолекулярные вещества адаптивного значения.
Научная новизна работы. Впервые проведены исследования по инвентаризации вторичных морских грибов Японского и Охотского моря, в полной мере выявлен их таксономический состав и его зависимость от среды и мест обитания (субстраты, флористические районы), причем особое внимание было уделено как эталонным природным резерватам, так и зонам с нарушенными ценозами. В настоящее время выявлено 189 видов вторичных морских грибов Японского и Охотского морей. Впервые проведены планомерные исследования грибов морских грунтов этих акваторий, проведен анализ комплексов грибов морских грунтов, выявлены факторы, влияющие на биоразнообразие грибных ассамблей морских грунтов. Впервые обнаружены и исследованы грибы голотурий. Впервые исследованы грибы губок Охотского и Японского морей. Разработан метод выращивания грибов в естественных условиях. Описаны новые виды вторичных морских грибов: Aphanoascus aciculatus Pivkin el Khudyakova и Ulocladmm litoreum Pivkin et Zvereva (в настоящее время переведен в базионимы Alternaria litorea (Pivkin et Zvereva) E.G. Simmons). Изучено влияние морской среды на комплексы О-гликозилгидролаз морских грибов. Впервые исследовано влияние экологических факторов на продукцию вторичных метаболитов морских грибов. Протестировано более 2000 штаммов грибов на способность продуцировать биологически активные вещества. Выявлены продуценты 32 метаболитов новой химической структуры.
Теоретическое значение работы. Выводы, полученные в результате работы, позволяют расширить наши знания об экологической роли морских грибов. Работа вносит вклад в изучение проблем биоразнообразия, экологии, ареалогии и природной зональности. Результаты исследований могут быть использованы для аргументированного обсуждения общих вопросов экологии и ареалогии эукариотных микроорганизмов.
С учетом пространственно-сукцессионного и широтно-зонального факторов выявлен ряд закономерностей распределения вторичных морских грибов на отдельных субстратах в разнообразных биогеоценозах, что позволяет выяснить общие закономерности распространения вторичных морских грибов в Японском и Охотском морях.
Практическое значение работы. В результате исследований обобщены сведения о таксономическом составе вторичных морских грибов Охотского и Японского морей. Подготовлен аннотированный список микобиоты, включающий 189 видов и 8 внутривидовых таксонов из 69 родов, относящихся к 26 семействам из 5 порядков, 4 подклассов и 4 классов подцарства сумчатых грибов (Ascomycotd). Исследованный материал использован для создания Базы данных по микобиоте Дальнего Востока. Выявленная достоверная связь показателей массовости некоторых видов микромицетов, численности грибов и стабильности комплексов с концентрацией органического углерода, гранулометрическим составом морских грунтов и соленостью, а так же приуроченность некоторых видов грибов к повышенному содержанию нефтеуглеводородов и биогенных элементов в морских грунтах позволяет использовать полученные результаты как основу для биомониторинга морских экосистем. Выявленные в ходе исследований продуценты ферментов и низкомолекулярных биологически активных веществ могут служить основой для биотехнологического получения этих веществ.
Основные положения, выносимые на защиту:
Видовое богатство вторичных морских грибов Японского и Охотского морей представлено 189 видами мицелиальных грибов из 68 родов, в основном видами морфологической группы анаморфных грибов (117 видов из 36 родов) и Ascomycota (14 видов из 9 родов), среди которых преобладают виды родов Penicilliam, Aspergillus, Acremonmm, Cladosporhtm, Geomyces.
В условиях Японского и Охотского морей изменение биоразнообразия, численности грибов и выравненное обилий видов обусловлено гранулометрическим составом морских грунтов, концентрацией в них
органических веществ, а так же антропогенной нагрузкой (содержание биогенных элементов и углеводородов нефти).
Специфичность распространения грибов в условиях шельфа Японского и Охотского морей позволяет использовать индикаторные свойства отдельных видов грибов: массовое развитие Geomyces pannorum (Link) Sigler et J.W. Carmich., Wardomyces inflatus (Marchal) Hennebert и стерильного мицелия связано с концентрацией органического углерода в морских грунтах, Acremonium charticola (J. Lindau) W.Gams и A. fuci Summerb., Zuccaro et W. Gams - с высоким содержанием кремния, видов рода Aspergillus - с высоким содержанием углеводородов нефти, Acremonium rutilum W. Gams, Phialophora sp., Emericellopsis glabra (J.F.H. Beyma) Backus et Orpurt, E. terricola J.F.H. Beyma, E. minima Stolk - с низкими концентрациями соли в морской воде, а замещение обычных видов видами рода Scopulariopsis и несвойственными морской среде обитания видами Beauveria, массовое развитие стерильного мицелия, показывает повышенное антропогенное воздействие на морские сообщества.
На биоразнообразие и видовое богатство грибов морских животных в первую очередь оказывает видовая принадлежность животного. Токсичность животного увеличивает видовое богатство и биоразнообразие грибов, но снижает их относительную численность. Детритофаги существенно модифицируют видовое богатство грибов морских грунтов.
Ферментные профили вторичных морских грибов существенно отличаются от таковых у наземных представителей этих видов, что обуславливает изменение их экологических ниш в морских условиях. Продукция ферментов с новыми свойствами позволяет использовать морские грибы в биотехнологии.
Комплексы грибов морских грунтов содержат до 50% штаммов, образующих биологически активные соединения. Чаще всего продуценты биологически активных соединений встречаются в илистых и песчаных грунтах, а так же среди ассощиантов губок и колониальных асцидий по сравнению с изученными комплексами грибов на иных субстратах. Антропогенное воздействие увеличивает частоту продуцентов биологически активных вторичных метаболитов в морских грунтах. На начальных этапах колонизации субстрата биологическая активность адаптивных метаболитов морских грибов обусловлена экстрацеллюлярными жирными кислотами.
Личный вклад автора. Автором осуществлялась постановка проблемы и методическая разработка путей ее решения, планирование и проведение исследований, обработка, систематизация и интерпретация полученных данных, апробация и публикация результатов. Доля личного участия в публикациях, выполненных в соавторстве, пропорциональна числу соавторов.
Апробация работы. Основные положения и материалы работы представлены и обсуждены на региональных, всероссийских и международных конференциях, совещаниях и съездах: II (X) съезде Русского ботанического общества "Проблемы ботаники на рубеже XX-XXI веков" (С.-Петербург, 1998); 8-ом Международном симпозиуме по морской и пресноводной микологии (Hurghada, Египет, 2001); Международной конференции "Микология и криптогамная ботаника в России: традиции и современность" (С.-Петербург, 2000); Международной конференции по морской биотехнологии (Aitkenvale, Австралия, 2000); 1 съезде Микологов России «Современная микология в России» (Москва, 2002); XI съезде Русского ботанического общества «Ботанические исследования в азиатской России» (Новосибирск-Барнаул, 2003); Международной научной конференции «Биология, систематика и экология грибов в природных экосистемах и агрофитоценозах» (Минск, Белоруссия, 2004); Международной конференции, посвященной 100-летию начала работы профессора А. С. Бондарцева в Ботаническом институте им. В. Л. Комарова РАН «Грибы в природных и антропогенных экосистемах» (С.-Петербург, 2005); Международной научной конференции «Экология и биология почв: проблемы диагностики и индикации» (Ростов на Дону 2006); V Всероссийском Конгрессе по Медицинской микологии (Москва, 2007); XV Конгрессе европейских микологов (С.-Петербург, 2007); 21 Тихоокеанском научном конгрессе (Окинава, Япония, 2007); II съезде микологов России (Москва, 2008); Междисциплинарном микологическом форуме (Москва, 2009); V Международной конференции «Изучение грибов в биоценозах» (Пермь, 2009) и других.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 90 работ, в том числе 1 монография, главы в 2 коллективных монографиях, 29 статей в журналах из списка ВАК и 30 работ в центральных изданиях. Результаты работы защищены 3 патентами.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и выводов. Текст диссертации изложен на 421 страницах и иллюстрирован 67