Морской экологический журнал - 2008. - Т. 7, № 4. - С. 85-87

УДК 504.455 (285.32)

Н.В.Шадрин, к.б.н., с.н.с., И.В. Дробецкая, к.б.н., н.с.,

И.Н. Чубчикова, м.н.с., Н.В. Терентьева, вед.инж.
Институт биологии южных морей им. А. О. Ковалевского Национальной академии наук Украины,

Севастополь, Украина

КАРОТИНОИДЫ В КРАСНОЙ СОЛИ ГИПЕРСОЛЕНОГО КОЯШСКОГО ОЗЕРА

(КРЫМ, ЧЕРНОЕ МОРЕ): ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ СООБЩЕНИЕ

Проанализирован каротиноидный состав красной соли из Кояшского гиперсоленого озера. Определена общая концентрация каротиноидов под метром квадратным -40,8 г.Около 95% всех каротиноидов приходится на бета-каротин.Микроскопические исследования показали наличие большого количества цист Dunaliella . Дан краткий очерк истории изучения причин появления красной соли в гиперсоленых озерах.

Ключевые слова: гиперсоленые озера, красная соль, каротиноиды, дуналиелла, галобактерии
На многих гиперсоленых озерах Крыма наблюдается розовая, красная или малиновая окраска соли. Этот феномен отмечали ученые-путешественники (П. Паллас, И. Лепехин, С. Гмелин, Ч. Дарвин) в соленых озерах различных регионов Земли еще в 18-19 веках [3, 4, 7, 9]. С того же времени идет дискуссия о причинах окрашивания. Сначала его объясняли влиянием как биологических, так и химических факторов (наличием соединений железа, марганца, серы) [9]. Исследования, проведенные во Франции в середине 19 века П. Тюрпеном, Н. Жоли, Ф. Дюралем, показали, что, как правило, розовая/красная окраска соли связана с наличием одноклеточных организмов [11, 14, 21]. Анализируя и обобщая их работы, Г. Федченко писал: «Красный цвет соляных разсолов зависит от присутствия микроскопических инфузорий Monas Dunalii» [9, стр. 67] (первое описание зеленой водоросли Dunaliella). Проводя микроскопические исследования красной соли из озер Крыма, он писал: «…мы сделали ряд наблюдений над образцами самосадочной соли. В одних образцах нам удалось наблюдать красноватые точки, которые при увеличении до 600 раз казались сфероидной формы и с поверхности как бы покрыты пятнышками, в общих чертах их форма подходит к той, которую наблюдал и Жоли» [9, стр. 70]. Однако Г. Федченко отметил, что возможны и другие предпосылки подобной окраски соли: «…в других образцах соли, имевших столь же явственное окрашивание мы не находили признаков инфузорий». По мнению автора, розовая соль была более полезной, именно она поставлялась Российскому императорскому дому. В настоящее время известно, что розовая/красная окраска соли может быть обусловлена каротиноидами, синтезируемыми представителями трех доменов организмов – эукариот (Dunaliella), архей (галобактерии), эубактерий (Salinibacter) [15, 17, 19]. Cталкиваясь с данным явлением на многих гиперсоленых озерах Крыма как морского, так и континентального происхождения, авторы поставили задачу выяснить природу окрашивания соли в одном из таких водоемов.

В качестве объекта исследования выбрано озеро Кояшское, входящее в состав Государственного заповедника «Опукский», расположенное у подножия Парпачского гребня на восточной окраине юго-западной равнины Керченского полуострова и представляющее из себя замкнутую лагуну. Полное отчленение озера от Черного моря узкой песчаной косой произошло сравнительно недавно, менее 2 тыс. лет назад. В античном Киммерике в озере был морской порт [2]. Это мелководное полимиксное озеро площадью около 10 км², характеризуется постоянно высокой соленостью. За период исследований соленость не опускалась ниже 160 ‰, летом нередко превышая 350 ‰. Питание озера происходит за счет фильтрации и штормовых перебросов морских вод (из морской пересыпи в озеро выбивается масса ручейков с водой, значительно менее соленой, чем в озере). Суточные изменения уровня воды в озере, а также изменения солености – результат приливов и отливов, сгонов и нагонов. Меньшую роль в водном балансе озера играют грунтовые воды в северной и западной частях озера, поверхностный сток, атмосферные осадки. Постоянные водотоки отсутствуют, временные зимой-весной имеют соленость 20-40 ‰, за счет, в основном, сульфатов, вымываемых из майкопских глин. Сумма годовых осадков составляет в cреднем 270 мм. В отдельные годы (2000, 2001, 2007) на значительной площади происходит осаждение соли. При этом нередко полосы и пятна цветом от розового до красно-бурого занимают значительную площадь осевшей соли. Ионный состав рапы в озере близок к черноморскому, но не совсем одинаков в различных его точках, как и общая соленость. Наименьшую соленость и наиболее близкое к морскому соотношение ионов имеют прилегающие к косе участки озера, а наибольшую – удаленные от моря западные и северо-западные части озера. Донные отложения представлены слоистыми черно-серыми илами толщиной до 1.5 м (с прослойками соли). Летние температуры воды в озере доходили до 40ºС, а зимние бывали ниже 0ºС. Озеро характеризуется довольно низким биоразнообразием: в фитопланктоне отмечено всего 8 видов, а из животных в озере обитает лишь популяция артемии. И только в районах просачивания грунтовых вод у северного берега, в лужах с соленостью 50 – 85 ‰, разнообразие животных выше, в основном, за счет Diptera. Первичная продукция планктона невысока. В формирование ее свой вклад вносит не только оксигенный, но и аноксигенный фотосинтез, составляя 35 – 50 % от общей первичной продукции планктона [6].

В августе 2007 г. значительная часть севшей соли имела различные оттенки красного цвета. Наиболее интенсивная окраска (красно-кирпичная) была отмечена у западного берега озера, где из верхнего слоя соли толщиной 1 см было отобрано два типа проб: с фиксированием и без фиксирования. В качестве образца для количественного определения пигментов брали слой соли с площади 4 см², который после высушивания на воздухе был залит смесью хлороформ-метанол (2:1) и хранился до анализа в холодильнике. Экстракцию пигментов проводили по методу Фолча [13]. Аликвоту из полученного общего экстракта (в хлороформе) после упаривания растворяли в ацетоне. Концентрацию пигментов определяли спектрофотометрическим методом [22], регистрируя оптическую плотность (D) экстрактов (в 80 % ацетоне) в области характеристических максимумов поглощения. Для расчета концентрации хлорофиллов (ХЛ) и каротиноидов (КР) использовали уравнения: ХЛа, мг·л^-1 = 12,21 D₆₆₃ – 2,81 D₆₄₆; ХЛb, мг·л^-1 = 20,13 D₆₄₆ – 5,03 D₆₆₃; КР, мг·л^-1 = (1000 D₄₇₀ – 3,27 ХЛа – 104 ХЛb)/198. Содержание КР во всей пробе составляло 16,320 ± 0,421 мг, ХЛа – 0,083 ± 0,001 мг, ХЛb – 0,011 ± 0,001 мг; cоотношение КР/ХЛа – около 197. В перерасчете на 1 м² слоя cевшей соли (толщиной 1 см) приходится около 40,8 г каротиноидов.

Фракционный состав каротиноидов определяли методом тонкослойной хроматографии на пластинах «Silufol» в системе ацетон:гексан 26:74. Использовали следующие коэффициенты удельной экстинкции пигментов в ацетоне: для -каротина – 2500, для остальных каротиноидов – 2550 [20]. На долю -каротина приходилось 94,89 ± 2,45 % общих КР, лютеина и зеаксантина (в сумме) – около 2 % КР, две другие фракции, имеющие абсорбционные максимумы в области 445 – 447 нм, присутствовали в минорных количествах, в сумме составляя не более 5 % от общих КР (рис.1). Полученные величины согласуются с результатами других исследователей в отношении каротиноидного состава типичного обитателя гиперсоленых водоемов Dunaliella salina, у которой основным вторичным каротиноидом является -каротин, а остальные 5 – 6% приходятся на -каротин, лютеин, зеаксантин и -криптоксантин [16].

П
ри микроскопировании нефиксированных проб среди кристаллов соли были обнаружены цисты микроводорослей темно-красного цвета диаметром 12 – 16 мкм (рис.2 ).
Наблюдаемая картина полностью соответствует описанной Г.Федченко [9]. Отмеченные Г. Федченко и нами «пятнышки» на поверхности клеточных оболочек являются глобулами -каротина, что характерно для распределения этого пигмента в клетках Dunaliella [17, 18]. После добавления к части нефиксированной полевой пробы небольшого количества питательной среды ОНМ [12] клетки микроводорослей в условиях частичного распреснения (до 90 ‰ – по определению ручным рефрактометром) в течение месяца из стадии цисты перешли в стадию активно двигающихся вегетативных зеленых монад удлиненно-яйцевидной формы длиной 8 – 9 и шириной около 4 мкм. Данные морфологические признаки соответствуют описанию D. salina из других гиперсоленых водоемов Крыма [8]. Вторичный каротиногенез у этой микроводоросли сопряжен с образованием цист в неблагоприятных условиях (при экстремально высоких значениях солености, температуры, освещенности) [5, 10]. Таким образом, исследование каротиноидного профиля образца и данные микроскопирования позволяют сделать вывод, что красный оттенок соли обусловлен массовым развитием D. salina, цисты которой аккумулируют значительные количества вторичного каротиноида -каротина.

В тоже время известно, что галобактерии, у которых доминирующим красным пигментом является бактериоруберин, синтезируют и -каротин (но не в качестве основного каротиноида) [18, 19]. Они обильно развиваются при высоких соленостях, поэтому часть -каротина в анализируемой пробе может иметь бактериальное происхождение. В случаях, когда в красных озерах Крыма не регистрировали присутствия дуналиеллы [9], окраску, вероятно, вызывали галобактерии, обнаружение которых во второй половине ХIX в. было затруднительно. Если в Кояшском озере окраска соли была вызвана массовым развитием Dunaliella, то в других гипергалинных водоёмах Крыма она может определяться галобактериями, концентрация которых иногда достигает 10⁸ мл^-1 [1]. Это превышает аналогичный показатель для окрашенной бактериоруберином красной рапы [18, 19].

В заключение следует заметить, что столь насыщенная каротиноидами соль может быть действительно полезна для здоровья, и не зря императорский двор предпочитал употреблять в пищу именно ее. Способность микроорганизмов к синтезу вторичных каротиноидов, являющихся мощными антиоксидантами, позволяет им выживать в экстремальных условиях и поддерживать существование немногочисленной фауны озера. Дальнейшие комплексные исследования помогут решить вопросы, связанные с пониманием функционирования уникальных экосистем гиперсоленых водоемов.

1. 
   Васильева Л. В., Берестовская Ю. Ю., Миходюк О. С., Герасименко Л. М., Шадрин Н. В. Сезонные изменения гетеротрофного бактериопланктона в соленых озерах Крыма.// Морск.экол.журн..(в печати)
   
2. 
   Голенко В. К. Древний Киммерик и его округа. – Симферополь: Сонат. – 2007. – 407 с.
   
3. 
   Дарвин Ч. Путешествие вокруг света на корабле “Бигль”. – М.: Госиздат. – 1924 .– 216 с.
   
4. 
   Лепехин И. И. Дневныя записки путешествия доктора и Академии наук адьюнкта Ивана Лепехина по разным провинциям государства. – Спб. – 1771. – 537 c.
   
5. 
   Масюк Н. П. Морфология, систематика, экология, географическое распространение рода Dunaliella (Teod.). – К.: Наук. думка. – 1973. – 242 с.
   
6. 
   Миходюк О. С., Герасименко Л. М., Венецкая Ю. Ю.; Шадрин Н. В. Аноксигенный фотосинтез в планктоне соленых озер Крыма: первые оценки. .// Морск.экол.журн..(в печати)
   
7. 
   Паллас П. С. Путешествие по разным местам Российского государства. Ч. 2. – Спб. – 1786. – 462 с.
   
8. 
   Сеничева М. И. Зеленая водоросль Dunaliella salina в природных условиях // Экология моря. – 2005. – 67. – С. 61–62.
   
9. 
   Федченко Г. П. О самосадочной соли и соляных озерах Каспийского и Азовского бассейнов // Известия Импер. Об-ва любителей естествозн., антропол. и этнографии. – 1870. – 5 (1). – 112 с.
   
10. 
    Cifuentes A., González M., Parra O. The effect of salinity on the growth and carotenogenesis in two Chilean strains of Dunaliella salina Teodoresco // Biol. Res. – 1996. – 29. – Р. 227 – 236.
    
11. 
    Dunal F. Extrait d'un mémoire sur les algues qui colorent en rouge certains eaux des marais salants méditerranéens // Ann. Sc. Nat. Bot. 2 Sér. – 1838. – 9. – P. 172 -192.
    
12. 
    Fábregas J., Domíguez A., Regueiro M., Maseda A., Otero A. Optimization of culture medium for the continuous cultivation of the microalga Haematococcus pluvialis // Appl. Microbiol. Biotechnol. – 2000. – 53. – P. 530 – 535.
    
13. 
    Folch J., Lees M., Stanley G.H.F. A simple method for the isolation and purification of total lipid from animal tissues // J. Biol. Chem. – 1957. – 226. – No 1. – P. 497 – 509.
    
14. 
    Joly N. Histoire d'un petit crustacé (Artemia salina) auquel on a faussement attribué la coloration en rouge des marais salants méditerranéens, suivie de recherches sur la cause réelle de cette coloration // Ann. Sc. Nat. Zool. Sér. 2. – 1840. – 13. – P. 225 -290.
    
15. 
    Lutnaes B. F., Oren A., Livaen-Jensen S. New C₄₀ – carotenoid acyl glycoside as a a principal carotenoid in Salinibacter rubber, an extremely halophilic eubacterium // J. Nat. Prod. – 2002. – 65. – P. 1340 – 1343.
    
16. 
    Mortensen A. Carotenoids and other pigments as natural colorants // J. Pure Appl. Chem. – 2006. – 78. – No 8. – P. 1477 – 1491.
    
17. 
    Oren A. A hundred years of Dunaliella research: 1905–2005 // Saline Systems. – 2005.– 1( 2 ).– (Published online 2005 July 4. doi: 10.1186/1746-1448-1-2)
    
18. 
    Oren A., Dubinsky Z. On the red coloration of saltern crystallizer ponds. 2. Additional evidence for contribution of halobacterial pigments // Int. J. Salt Lake Res. – 1994. – 3. – P. 9 – 13.
    
19. 
    Oren A., Stambler N., Dubinsky Z. On the red coloration of saltern crystallizer ponds // Int. J. Salt Lake Res. – 1992. – 1(2). – P. 77 – 89.
    
20. 
    Phytoplankton pigments in oceanography: guidelines to modern methods. – Paris: UNESCO, 1997. – 595 p.
    
21. 
    Turpin P. J. F. Quelques observations nouvelles sur les Protococcus, qui colorent en rouge les eaux des marais salants. Comp Rend Acad Sci. 1839. – Р. 85 -97
    
22. 
    Wellburn A. R. The spectral determination of chlorophylls a and b, as well as total carotenoids, using various solvents with spectrophotometers of different resolution // J. Plant Physiol. – 1994. – 144. – P. 307–313.
    

Carotinoids in red salt of hypersaline the Koyashskoye Lake (Crimea,Black sea):Preliminary communication

Carotinoid composition of red salt from hypersaline The Koyashskoye Lake was analysed. Total carotinoid content was 40.8 g ∙ m^-2 .About 95% of all carotinoids was ß-carotene. There were a lot of Dunaliella cysts in salt.Short history of red salt study is given.

Ключевые слова: гиперсоленые озера, красная соль, каротиноиды, дуналиелла, галобактерии.

Key words: hypersaline lakes, red salt, carotinoids, Dunaliella, halobacteria.