Как новые технологии помогут спасти Байкал

В XXI веке одними из наиболее приоритетных направлений развития биотехнологий становятся технологии экологического биомониторинга. И для Байкала эта проблема стоит как нельзя остро: буквально в прошлом месяце на встрече с президентом России с предложением о реорганизации мониторинга озера выступили ученые Российской академии наук. Владимир Путин предложение поддержал.

Проблема сохранения природных ресурсов как никогда актуальна и для всего мира в целом. По данным недавнего исследования, потеря биологического разнообразия, а также уровень загрязнения природных экосистем уже превышает имеющийся у планеты «запас прочности». Кроме того, загрязнение окружающей среды уже угрожает не только самой Земле, но и всем, кто живет на планете. В недавнем докладе Мюнхенской конференции по безопасности (MSC), опубликованном 8 февраля 2018 года, говорится: 

Все чаще для заблаговременной и точной оценки состояния нашей экосистемы применяют по сути те же методы, что и при оценке здоровья человека – определенные биомаркеры. Только в случае с человеком такими биомаркерами могут являться молекулы или химические процессы, а в случае экосистемы – отдельные организмы и их сообщества. Изучением именно таких биомаркеров занимается старший научный сотрудник НИИ биологии ИГУ и кандидат биологических наук Дарья Бедулина. В 2013 году Дарья стала лауреатом премии Правительства Российской Федерации в области науки и техники для молодых ученых и сегодня занимается проектом изучения транскриптомных и протеомных биомаркеров байкальских эндемиков. Первый Байкальский пообщался с молодой ученой и выяснил, как современные проекты могут помочь озеру и почему так важно следить за состоянием байкальских рачков.  

Первый Байкальский: Почему сейчас так много говорят об экологическом мониторинге Байкала, и действительно ли это так важно для озера?

Дарья Бедулина: Именно сейчас это очень важно для озера, поскольку состояние его прибрежной зоны вызывает опасения у всего мирового научного сообщества. Усиление антропогенной нагрузки, сопровождаемое внесением в озеро как большого количества азота и фосфора, так и чужеродных загрязняющих веществ – тяжелых металлов, нефтепродуктов, компонентов косметических и моющих средств и фармацевтических препаратов, – уже приводит к самым негативным последствиям. Их мы можем наблюдать воочию на многих участках байкальского побережья в виде скопления гниющих водорослей и массового заболевания губок. Помимо прямой деятельности человека на берегах, на озеро активно воздействуют и глобальные процессы. В частности, глобальное потепление уже привело к повышению температуры поверхностных вод на 1.2 градуса за последние 50 лет, что в два раза больше, чем в целом по планете. Потепление вод Байкала еще больше усиливает токсичность поступающих в него загрязнителей.

В связи с развивающейся ситуацией ученые рекомендуют в срочном порядке строить очистные сооружения, модернизировать и контролировать работу уже существующих, ввести запрет на фосфатосодержащую бытовую химию, а также проводить просветительские мероприятия о вреде фосфатосодержащих моющих средств для экологии Байкала. Научному же сообществу рекомендуется консолидировать свои усилия в развитии мониторинга, в частности, в развитии современных технологий в этой области.

Если методы диагностики состояния здоровья человека активно развиваются, то экологические технологии в мониторинге существенно запаздывают, и экологи до сих пор пользуются достаточно устаревшими методами, которые часто низкочувствительны и не учитывают специфики разных экосистем. Например, озеро Байкал населено древней, эндемичной озеру фауной, и для него надо разрабатывать методы экологического мониторинга, учитывающие такую уникальность. Кроме того, байкальские эндемики очень чувствительны даже к низким дозам загрязнителя. Например, в одном из наших последних исследований мы показали, что сверхнизкие дозы солей кадмия (токсического компонента батареек и аккумуляторов) способны вызывать у байкальских рачков метаболическую депрессию, что грозит остановкой роста, питания, размножения и может иметь крайне негативные последствия для озера. Для того, чтобы предсказать, чем грозит Байкалу загрязнение, глобальное потепление и другие экологические вызовы нового столетия, необходимо разработать инструмент тонкой и чувствительной оценки состояния байкальских эндемиков. В ходе исследования мы и разрабатываем такие современные инструменты.

Первый Байкальский: То есть по состоянию байкальских рачков можно судить о состоянии всего озера в целом? 

Дарья Бедулина: Да, и среди всего многообразия байкальских организмов мы уделяем особое внимание байкальским рачкам-амфиподам, поскольку они представляют основную массу населения байкальского дна, а также очень удобны при проведении мониторинга: обитают в массе под камнями, легко определяются до вида, хорошо содержатся в лаборатории. Амфиподы в Байкале выполняют роль чистильщиков дна, они – своеобразные санитары озера. А кроме того, они играют большую роль в циркуляции вещества и энергии в донных сообществах, а значит – и в функционировании экосистемы озера. А именно от этого, например, зависит чистота байкальской воды. Уже много лет мы в лаборатории «Проблемы адаптации биосистем» НИИ биологии ИГУ занимаемся изучением биохимических и клеточных реакций амфипод на экологический стресс – загрязнение, повышение температуры, гипоксию и другие, чтобы выявить ранние сигналы экологического бедствия, используя байкальских рачков.

Первый Байкальский: Расскажите про само исследование, ведь именно оно и выиграло грант Президента в начале этого года.

Дарья Бедулина: Да, в исследовании мы проводим поиск биомаркеров стрессового состояния, оценивая все клеточные процессы отдельного организма. Это наиболее эффективный и прогрессивный подход в эру постгеномной биологии (эру, наступившую после освоения технологий чтения и расшифровки геномов). «Омики» (от слова «ом», которое происходит от греческого суффикса, означающего «всеохватываемость») становятся сейчас все более и более популярны во всех сферах биологии. В современной экологии сейчас создается направление – «экспозомика», охватывающая все возможные экологические стрессы, с которыми сталкивается организм в данной конкретной экосистеме и все возможные клеточные реакции организмов на них. Наше исследование как раз в этой сфере. При помощи достижений постгеномной биологии мы пытаемся выявить комплекс клеточных процессов, которые запускаются в ответ на разные стрессовые воздействия. Например, на действие того или иного загрязнителя.

Первый Байкальский: Как это поможет экологии Байкала?

Дарья Бедулина: Использование «омного» подхода позволяет выявить смеси различных загрязнителей и их концентрации. Зная, что именно происходит в рачках при воздействии разных загрязнителей, или других стрессоров, можно будет в будущем с легкостью определять, произошло ли загрязнение вод и какого рода, а также выяснить, является ли какое-либо вещество (например, компонент моющего или косметического средства) токсичным для байкальских рачков, а значит – и губительным для всего Байкала в целом.