Курсовая работа (т): Ідентифікація Coleochlamys-подібних водоростей наземних біотопів Антарктиди

Ідентифікація Coleochlamys-подібних водоростей наземних біотопів Антарктиди

Вступ

екологічний біотип водорості наземний

Актуальність. XXІ століття разом з активним розвитком науково-технічного прогресу поставило перед вченими всього світу проблему пізнання та збереження видового різноманіття (Ситник, 2005). Першим етапом будь-яких робіт, що стосуються проблеми збереження ботанічних ресурсів території, є інвентаризаційні дослідження. Ці роботи особливо актуальні для заповідних або мало трансформованих територій людиною.

Антарктида є зоною жорсткого обмеження техногенної діяльності, і тому de facto являє собою найбільшу на планеті заповідну територію. Тому вивчення складу біоти Антарктики у вирішенні проблеми збереження біорізноманітності є найактуальнішим завданням серед актуальних (Макгонигал, Вудворт, 2004). На думку вчених, в Антарктиці багато антарктичних видів ґрунтових водоростей, які є невід’ємним компонентом будь-якого біоценозу, представляють унікальну або ендемічну частину світової флори (Broady 1996).

Однією з таких груп є одноклітинні зооспороутворюючі зелені водорості з асиметричними мішкоподібними клітинами, які схожі на представників роду Coleochlamys. У колекції культур ACKU (Algae Culture Collection of Kyiv University) зберігається вісім неідентифікованих штамів таких водоростей з району Аргентинських островів.

Наразі прийнято вважати, що аналіз некодуючих послідовностей кластеру рибосомальних генів дозволяє оцінити рівень репродуктивної ізоляції конкретного представника від інших близьких таксонів шляхом аналізу відмін у вторинній стуруктурі ITS, зокрема, за наявністю та кількістю компенсаторних та напівкомпенсаторних змін основ, наявністю мутацій, що порушують або не порушують вторинну структуру окремих спіралей [Coleman, May, 1997; Coleman, 2000; Muller & al., 2007; Ruhl & al., 2009]. Рівень репродуктивної ізоляції надалі набуває таксономічної інтерпретації згідно з молекулярною концепцією виду, розробленою А. Колеман [Coleman, 2000; 2007; 2009].

Сучасне застосування методу аналізу вторинних структур транскриптів ITS грунтується майже виключно на ITS2. Для цієї послідовності показано її пан-евкаріотичні риси [Coleman, 2007], запропоновано універсальну модель вторинної структури для зелених водоростей та вищих рослин [Mai, Coleman, 1997], визначено клас-специфічні мотиви та «паттерн» для різних груп організмів [Coleman, 2007]. На основі аналізу вторинної структури ITS2 протягом останніх років описано та ревізовано значну кількість родів та видів вищих рослин, водоростей, тварин та грибів.

Мета роботи - провести морфологічну та молекулярно-генетичну ідентифікацію восьми штамів Coleochlamys-подібних водоростей колекції культур ACKU, ізольованих з наземних біотопів околиць української антарктичної станції «Академік В.І. Вернадський».

Завдання:

1.      На основі аналізу літературних даних, зокрема, світових флористичних зведень з’ясувати діакритичні ознаки роду Coleochlamys Korshikov та окреслити коло його ймовірних родів-двійників.

2.      Провести морфологічну обробку Coleochlamys-подібних штамів колекції культур ACKU та перевірити кожний штам на відповідність морфологічним ознакам роду Coleochlamys.

3.      Провести редагування первинних хроматограм послідовностей ITS1-5.8S-ITS2 кластеру ядерних рибосомальних генів, анотувати послідовності ITS2 у секвенованих штамів даного роду з колекції ACKU та, використовуючи алгоритм локального вирівнювання BLAST із залученням вибірки таксонів з NCBI, виявити найбільш близькі до Coleochlamys-подібних штамів колекції ACKU.

4.      Використовуючи засоби Mfold, отримати модель вторинної структури ITS2, та, на основі аналізу цієї моделі, встановити ступінь відмін досліджуємих штамів від близьких таксонів, послідовності яких депоновані в NCBI

Наукова новизна. Вперше для території Аргентинських островів описано групу Сoleochlamys-подібних водоростей (8 штамів ACKU).

Практичне значення. Отримані результати можуть бути використані для інвентаризації видового складу ґрунтових водоростей, створення чек-лісту, а в подальшому - флори наземних водоростей морської Антарктики, в межах якої також розташована зона міжнародної наукової відповідальності України - Аргентинські острови.

1. Фізико-географічна характеристика району дослідження

.1 Загальна характеристика Антарктики

Антарктика - південна полярна частина Землі - область, яка включає в себе Антарктиду а також води південного океану (частини Атлантичного, Тихого та Індійського океанів). Також до її складу входять острови: Південна Джорджія, Південні Сандвічеві, Південні Оркнейські, Південні Шетландські, Крозе, Кергелег, Баленні, Петра Першого та деякі інші. Загалом важко визначити точні межі Антарктики. Прийнято вважати крайньою межею ізотерм +10⁰С найтеплішого місяця, або рахується по крайній межі пакового льоду, або по межі розповсюдження айсбергів. Взагалі у сучасному світі прийнято вважати Антарктикою зону, що описана у антарктичній конвергенції, тобто зону де сходяться полярні води із водами помірних широт, що фактично відповідає зоні між 48^{0 -} 55⁰ південної широти.

Якщо говорити про площу Антарктики, то близько 75% припадає на водні простори, які багаті на кригу на айсберги і лише близько одної четвертої на «суходіл». За приблизними підрахунками та різними джерелами загальна площа Антарктики коливається в межах 50-60 млн. км². Фактично Антарктика бере участь у формуванні тут навколо антарктичної течії західних вітрів. Вона омиває всю земну кулю із заходу на схід на цих широтах та грає не абияку роль у формуванні клімату на суші.

За оцінками експертів Антарктика - дуже багата як на корисні копалини, так і на цінні стратегічні ресурси, такі як звичайна прісна вода. ЇЇ тут нараховують до 80% по відношенню до всіх запасів прісної води у світі. Фізико-географічні сприятливі умови створили тут одні з найбільших природних покладів нафти (до 100 мільярдів тонн), запасів природного газу (до 15 трильйонів кубометрів), також тут знайдено не мало золотих покладів, та інших дорогоцінних металів. Однією з важливих стратегічних запасів для світу тут є зосередження великої кількості їжі з великою поживною цінністю, зокрема до таких запасів можна віднести вилов криля. При правильному розпорядженні та екологічному супроводі його вилов тут може доходити до 700міліонів тон на рік.

Низькі температури - головна ознака водної складової Антарктики. Взимку верхні шари здебільшого не замерзають, їх температурне коливання сягає від -1,8 С⁰ до -1,9 С⁰, ця температура дещо відрізняється та є теплішою у районі антарктичної конвергенції - від +1 С⁰ до +2 С⁰. Влітку у високих широтах температура підіймається здебільшого не вище +2 С^0, проте у районі антарктичної конвергенції може доходити до до +3,5 С⁰.

Антарктична частина дна океану являє собою низку басейнів та западин, наприклад: Австрало-Антарктична, Тихоокеансько-Антарктична та інші. Між собою їх розділяють підводні хребти та височини, такі як: Південно-Антільський, Кергелен, Південно-Тихоокеанський, тощо. Один з одним їх також поєднують острова, які переважно мають вулканічне походження.

Загалом території Антарктики не мають корінного населення. Єдині люди які можуть тимчасово знаходитися на цих територіях - науковці, які приїжджають сюди на літній сезон, також тут можуть перебувати робочі різноманітних моніторингових та сервісних служб. У зв’язку з тендітною екосистемою надмірна діяльність людей у деяких районах може спричинити загрозу для екологічних зв’язків та їх опосередкованого регулювання між собою. У якості яскравого прикладу сильного антропогенного навантаження можна привести острів Роса, який має сильну інфраструктуру на станції Хат-Пойнт, Ларсем-Хіллс, на більш-менш невеликій території, яка вільна від криги знаходяться австралійська, китайська та російська наукові станції. Також острів Короля Георга, що знаходиться на території Південних Шетланських островів, де одночасно працюють науковці на своїх наукових станціях аж восьми країн світу.

Якщо розглянути правовий бік Антарктики, то можна з впевненістю сказати, що вона не перебуває ні під чиїм суверенітетом, а являється міжнародним надбанням та призначена для користування всіх держав, для збагачення людства цінними науковими даними. Води Антарктики повністю відкриті також для всіх держав, тому тут можна займатися як їхнім дослідженням, так і природокористуванням - риболовство, мореплавство, мисливство, тощо.

У ході історії Антарктика не раз була штучно поділена на сектори з метою присвоєння її територій певним країнам. Наприклад в період з 1907-1940 роки такі спроби було здійснено низкою країн - Англією, Норвегією, Францією, Аргентиною, Чилі та Новою Зеландією. У свою чергу СРСР офіційно виразила свою незгоду щодо такої ситуації 27 січня 1939 року і фактично резервувала свою точку по відношенню до суверенітету Антарктики. В історії ще було декілька спроб привласнити землі цього континенту, зокрема США у 1939 та Японія у 1940 роках. У серпні 1946 року США поступило по-іншому, а саме було розпочато неофіційні переговори з Аргентино, Чилі, Норвегією, Австралією, Новою Зеландією, Великобританією і Францією про «інтернаціоналізацію» регіону, але через велику кількість учасників та розходження думок ця спроба не увінчалася успіхом. У 1950 році уряд СРСР прийняв радикальне рішення, яке мало на меті отримати свою частку земель та ближніх територій Антарктики, а саме не погодження з членами-учасниками щодо їх правомірності у розподілі земель та визнання будь-яких рішень не дійсними, без втручання третьої сторони, а саме безпосередньо самої СРСР.

Згодом було прийнято єдине правильне рішення - на міжнародній конференції по Антарктиці у Вашингтоні було підписано Антарктичний договір. У ньому приймали участь 12 країн - СРСР, США, Англія, Франція, Бельгія, Норвегія, Аргентина, Чилі, Японія, Австралія, Нова Зеландія та Південно-Африканський союз. Договір підписано 1 грудня 1959 року з метою збереження Антарктики. Було вирішено використовувати землі Антарктики винятково для мирних цілей (територія південніше 60⁰ південної широти - нейтралізована та демілітаризована). З того моменту і до сьогодні землі Антарктики та її прибережна зона використовується виключно для наукових досліджень. Тут можливе рибальство та мисливство, граничні норми якого визначає міжнародне товариство із захисту природо-охороних територій.

Україна є однією з 28 країн світу, що мають право відносно будь-яких дій інших держав в Антарктиці. Кабінет міністрів України не так давно у 2010 році затвердив Державну цільову науково-технічну програму проведення досліджень в Антарктиці на 2011-2020 роки. Участь української науково-дослідницької станції «Академіка Вернадського» у дослідженнях даного регіону є дуже важливою частиною реалізації майбутніх геостратегічних інтересів України.

1.2 Загальна характеристика Антарктиди

Географічне положення Антарктиди - континентальної частини Антарктики - є унікальним. Це єдиний материк на землі, який повністю займає собою територію полярної області планети. Такі фізико-географічні умови стали приводом до формування тут певних кліматичних умов. Зокрема дуже низьких температурних режимів, зледеніння покривів землі, скупчення великої кількості снігу, тощо. Безпосередня площа Антарктиди близько 14 мільйонів км². Однією із характерних особливостей можна також вважати максимальну протяжність материку, що від берега до берега становить близько 6 тисяч кілометрів. На самому півдні материк декілька разів пересікається з Північним Полярним кругом. Тому із південних точок можна назвати мис Сіфре (63°12' 48» ю. ш., 57°18' 8»), що знаходиться на Антарктичному півострові.

Материк знаходиться в субантарктичному та антарктичному кліматичних поясах Землі. Антарктида омивається Північним океаном. Якщо його не брати до уваги, то фактично 3 ьома океанами: Атлантичним, Індійським та Тихим. Материк займає крайнє північне положення, сам по собі від не з’єднаний ні з одним із інших материків, а також має унікальне положення хоча б ще й тим, що найбільш віддалений від усіх інших частин світу.

Антарктида та прилеглі до неї території материків - окреме флористичне царство. У мезозої Антарктида представляла собою дуже крупний центр формування флори, але зміна кліматичних умов привела до міграцій основних жителів континенту а також до різкого збіднення та переселень на південь.

З наземних рослин на самому материку зустрічаються лише мохи, лишайники, а також водорості, гриби та бактерії. Чи не найбільшого різноманіття тут досягають лишайники, чисельність яких нараховують близько 300 видів. Їх локалітет дуже простий - на всіх ділянках суші, вільних від льоду. Мохи також дуже розповсюджені тут, особливо на островах де вони формують невеликі торф’яники. В Антарктиді нараховують близько 80 видів мохів.

Прісноводні водорості селяться у літню пору у водоймах, а також розмножуються на поверхні снігу. Сприятливими умовами є такі фактори, як підтавання верхнього шару льоду/снігу, відслоєння частин льодовиків, інші рослини, які слугують основою та своєрідним поживним середовищем для простіших форм існування. На снігу водорості зазвичай утворюють корки різноманітного кольору: чорні, червоні, зелені та жовті.

Квіткові рослини в Антарктиді відсутні. Найближчі квіткові рослини можна знайти на межі із зоною материка, а себто на 64⁰ пд. ш. на Антарктичному півострові. Там зростають 10 видів низькорослих квіткових рослин, з них такі, як злак щучка - Deschampsia flexuisa та гвоздичний колобантус - Colobantus quitansis з дрібними майже непомітними квітками та блідно-зеленим листям. Де не де ці рослини утворюють незначні галявинки. На островах рослинність більш багата та різноманітна. Тут можна зустріти види хрестоцвітих, наприклад: Pringlea antiscorbutica - кергеленська капуста (цінна харчова рослина, з високим вмістом вітаміну С, яка здатна врятувати від цинги). Із Злакових тут дуже часто можна зустріти тусок - Poa flabellate (ряд мятлик, являє собою дуже цінну рослину дял годування овець). Всі рослини на півострові трав’янисті, квіти та листя майже позбавлені кольору, це спричинено вітрозапильний механізм розмноження.

Антарктида - материк, який являється дуже бідним на наземних тварин. Зокрема тут взагалі немає ссавців. Тут зустрічаються деякі черви, примітивні ракоподібні та безкрилі комахи. Тут всі пристосування зосередженні на збережені сил, тепла та енергії. Так зокрема безкрилість комах спричинена сильними вітрами, що не дають здійматися комахам у повітря. На островах Антарктики загалом знайдено деякі види жуків, павуків, прісноводних молюсків а також один з видів нелітаючого метелика. Прісноводні риби відсутні. Із птахів, що живуть на суші, тут відомі наступні види: біла ржанка, конек, один вид утки, що гніздиться виключно на острові Південного Георгія.

При такій бідності наземної фауни Антарктида дуже багата морськими та напів-сухопутними тваринами. З безхребетних тут особливо розповсюджені та багаточисленні рако образні (криль), що слугують їжею для багатьох інших ссавців, птахів та навіть риб. Тут у водах можна знайти цікаві для вивчення медузи, що можуть сягати до 150 кг. Більша частина риб належить до ендемічних родин натотенієвих та білокровних (щуковидна та китова білокровки).

Із ссавців - багаточисленні різноманітні ластоногі та кити. Ластоногі представлені різноманітними видами тюленей. Найбільш розповсюджені з них Тюлень Уеделла, тюлень-крабоїд, тюлень-леопард, а також морський слон. У водах поблизу континенту живуть найбільш з існуючих ссавців - кити. Найбільший із них синій кит - Balaenoptera musculus.

Досить особливими є птахи, що живуть в Антарктиді. Всі вони тримаються прибережної зони та харчуються рибою та дрібними молюсками. Один із характерних виді пташок притаманний лише для Антарктиди - є пінгвіни. Із них найменший за розмір вид Аделі, а найбільший - імператорський пінгвін. Досить великими птахами даного регіону також вважають альбатросів.