Ученые из Петрозаводского государственного университета и Полярно-альпийского ботанического сада-института имени Н.А. Аврорина Кольского научного центра РАН изучили то, как жирные кислоты в липидах высших растений арктической тундры Западного Шпицбергена влияют на их выживаемость.
Голубика обыкновенная / © David Gaya, ru.wikipedia.org
Результаты исследования представлены в журнале «Физиология растений». Климатические условия Арктики можно смело назвать экстремальными, требующими от ее обитателей специфических адаптационных механизмов. Одним из таких механизмов является способность поддерживать оптимальную функциональную активность биологических мембран за счет особого состава жирных кислот в липидах, который обеспечивает устойчивость клеток при низких температурах.
Липиды – это достаточно разнообразная по строению группа веществ, содержащихся во всех живых клетках. К ним относятся, в частности, витамины A, E, D, K, холестерин, триглицериды. Их молекулы могут состоять из спирта и жирных кислот либо из спирта, высокомолекулярных жирных кислот и других компонентов. При комнатной температуре одни липиды пребывают в твердом, другие – в жидком состоянии. Входя в состав биологических мембран, липиды влияют на проницаемость стенок клеток и активность многих ферментов, участвуют в создании межклеточных контактов, водо- и теплоизоляционных покровов, образуют энергетический резерв организма и могут защищать его от механических воздействий.
В нескольких экотопах на острове Западный Шпицберген – уникальном биогеографическом регионе с суровым климатом, где соседствуют ледники и растительные группировки – были собраны 11 видов высших сосудистых растений: семь видов травянистых многолетников (звездчатка приземистая, ясколка альпийская, смолевка бесстебельная, кисличник двупестичный, лютик серно-желтый, камнеломка дернистая и камнеломка поникающая) и четыре вида кустарничков (ива полярная, дриада восьмилепестная, голубика обыкновенная, береза карликовая). Были выявлены различия в составе и соотношении жирных кислот между видами растений и внутри отдельных фракций липидов.
Ботаники отдельно изучили гликолипиды, фосфолипиды и нейтральные липиды, которые выполняют различные функции в растении и варьируют по составу жирных кислот. Важным индикатором адаптационных способностей растения является соотношение насыщенных и ненасыщенным жирных кислот. Например, высокое содержание последних способствует увеличению подвижности и «текучести» биологических мембран, что является важным фактором для выживания в холодном климате.
Исследователи выявили, что жирнокислотный состав фракций липидов непосредственно связан с уровнем активности вида растения, которая определяется как экологической амплитудой, так и активностью вида в сообществе. Для видов с высокой активностью характерны высокие значения ненасыщенных и диеновых жирных кислот, что способствует их широкому распространению в арктических тундрах. Редкие и малораспространенные виды, наоборот, характеризуются более высоким содержанием насыщенных жирных кислот, что позволяет поддерживать стабильность биологических мембранных систем.
Кроме того, в составе липидов этих растений отмечается значительное содержание жирных кислот с длинной цепью, которые играют роль стабилизаторов биологических мембран в условиях экстремально холодной погоды. Виды, приспособленные к широкому спектру местообитаний, такие как ива полярная и ясколка альпийская, обладают значительным количеством триеновых жирных кислот, что усиливает их фотосинтетический аппарат и устойчивость к холоду.
Таким образом, изучая химический состав арктических растений, можно найти ключ к пониманию того, как формируются уникальные стратегии выживания видов в Арктике.
