Каждый организм нуждается в питательных веществах, поддерживающих его жизнедеятельность. А каждый вид нуждается в определенных условиях окружающей среды, чтобы избежать вымирания и продолжить род. Если эти требования не выполняются, организм или вид в целом может погибнуть. К людям это также относится, однако мы научились перекраивать окружающую среду под себя так, как это не умеет ни один другой вид на планете.

Одной из самых очевидных черт нашего вида является потребление планетарных ресурсов. Технологический прогресс привел к геометрическому росту спроса на топливо, которого, как неудивительно, катастрофически не хватает. Если же учесть, что все рано или поздно заканчивается, то выход из сложившейся ситуации в виде поиска альтернативных источников топлива становится чуть ли не единственным.

Одной из таких альтернатив могут быть одноклеточные водоросли. Ученые из Американского института физики (США) провели опыты, в ходе которых воздействовали на водоросли Dunaliella salina (дуналиелла солоноводная) монохроматическим красным и синим светом. Зачем было «освещать» водоросли, что это дало в результате, и как это связано с альтернативным топливом? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Основа исследования

Многие любители творчества профессора Толкиена, читая его произведения, сопоставляют себя с разными героями. Кто-то видит себя в образе мудрого старца, знающего ответы на все вопросы, кто-то предпочитает воображать себя эльфом с +100 к меткости, кто-то видит себя героем, спасающим весь мир.

Но в реальности, если применить существ Средиземья в качестве аналогии, наш вид скорее похож на гномов Мории, которые «копали слишком жадно и слишком глубоко». Пусть это сравнение покажется кому-то слишком утрированным либо слишком гиперболизированным, но факт остается фактом — людей много, а ресурсов становится очень и очень мало.

Поскольку нефть, газ, уголь и прочие ископаемые сложно назвать возобновляемыми, ученые по всему миру начали мозговой штурм в области топливных альтернатив. Одним из возможных вариантов решения энергетического кризиса может оказаться микроскопическая водоросль вида дуналиелла солоноводная (D. salina).

Dunaliella salina

D. salina известна людям уже довольно давно и даже нашла свое применение в пищевой промышленности в виде биологически активных добавок и в косметологии, так как способна вырабатывать внушительное количество каротина.

Другие микро-водоросли также интересны ученым, однако у D. salina имеется ряд преимуществ над своими собратьями. Этот вид водорослей крайне быстро размножается, обладает высокой устойчивостью к условиям окружающей среде (особенно к уровню солености), а также не имеет клеточных стенок, что облегчает процесс разрушение клетки (важный аспект производства биотоплива).

Озеро в Турции, поменявшее свой цвет из-за водорослей D. salina.

Учитывая все плюсы, почему мы до сих пор не заправляем свои авто водорослями? Проблема в стоимости производства такого биотоплива. Это еще одна причина использовать для этого именно D. salina, так как она одна из немногих микроводорослей, используемых коммерчески из-за ее способности накапливать большое количество каротиноидов и других побочных продуктов. Другими словами, в процессе производства биотоплива наличие используемых где-либо побочных продуктов помогает снизить стоимость этого процесса.

Помимо липидов и каротиноидов, из культивирования D. salina можно также получить белки и углеводы, которые в последствии также можно использовать в корме для сельскохозяйственных животных.

Однако, чтобы получить эту заманчивую выходу, необходимо разработать методику ускорения роста D. salina. А одним из самых важных факторов роста (следовательно, и синтеза биокомпонентов) для водорослей этого вида является освещение. Любопытно, что для D. salina необходима определенная доза света, т.е. рост будет медленный, если света мало, но при его избытке синтез веществ будет подавляться. Поэтому, как отмечают ученые, оптимизация условий освещения очень важна для производства биоматериалов водорослями.

Отличным источником света для выращивания водорослей считается LED, т.е. светодиод, из-за его точности и стабильности в излучении света с определенной длиной волны и высокой энергоэффективности в течение длительного времени по сравнению с люминесцентными лампами. В некоторых исследованиях светодиоды применялись в качестве осветителей в фотобиореакторах, излучающих монохроматический свет для культивирования микроводорослей.

К примеру, в ходе одних исследований фотобиореактор с красной и синей светодиодной подсветкой использовался для увеличения производства бета-каротина D. salina. Также известно, что клетки одноклеточных зеленых водорослей Chlamydomonas reinhardtii и Chlorella variabilis регулируют свои светопоглощающие функции в ответ на разное качество монохроматического света (синий — 477 нм, зеленый — 514 нм, и красный — 666 нм). Согласно некоторым данным, система со смещением длины волны (использование синего и красного светодиодов по очереди по 5 дней) увеличивала плотность клеток и продуктивность бета-каротина D. salina по сравнению с культивированием в условиях освещения без смещения длины волны. Проблема в том, что эти исследования были сосредоточены либо на самом росте водорослей, либо на синтезе ими бета-каротина. Но мало кто уделял внимание влиянию света на синтез липидов.

Авторы рассматриваемого нами сегодня труда решили проверить, какие условия освещения должны быть, чтобы положительно повлиять на рост и производство биокомпонентов, особенно на биомассу и липидную продуктивность D. salina. Дополнительно были исследованы изменения содержания каротиноидов, углеводов и белков.