Морфологическая характеристика биоминералов из пяти видов морских водорослей

Кремниевые биоминералы расположены в виде аморфных структур в клетках и тканях растений, обеспечивая жесткость структуры и защитные функции. Форма и размеры фитолитов хорошо известны и являются полезным инструментом в таксономическом анализе. Впервые мы извлекли и изучили биоминералы кремнезема из пяти морских макроводорослей, которые мы изучили с помощью световой микроскопии, сканирующей электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа (XRD). Было обнаружено более девяти различных морфотипов фитолитов с размерами от ≥ 10 до ≥ 350 микрометров. Часть из этих фитолитов были из оксида кремния, другие из минералов на основе кальция. Гексагональные «сотовые» образования были зарегистрированы только у водоросли Laurencia tropica Yamada, а фитолиты пирамидальной формы были обнаружены только у красной водоросли Tichocarpus crinitus (S.G. Gmelin) Ruprecht. Рентгеноструктурный анализ показал, что они состоят из виргилита и гипса соответственно. Кремниевые фитолиты являются неотъемлемыми частями водорослей, и их морфологическая характеристика может служить основой для палеореконструкции и таксономического исследования бурых и красных водорослей в палеонтологических исследованиях окаменелостей, где вся органическая материя уже разложилась.

1. Ball T., Chandler-Ezell K., Dickau R., Duncan N., Hart T. C., Iriarte J. et al. Phytoliths as a tool for investigations of agricultural origins and dispersals around the world. Journal of Archaeological Science. 2016;68:32-45. DOI: 10.1016/j.jas.2015.08.010

2. Белоус О.С., Титлянова Т.Б., Титлянов Э.А. Морские растения бухты Троицы и смежных акваторий (Залив Петра Великого, Японское море). Владивосток: Дальнаука; 2013.

3. Cabanes D., Weiner S., Shahack-Gross R. Stability of phytoliths in the archaeological record: A dissolution study of modern and fossil phytoliths. Journal of Archaeological Science. 2011;38(9):2480-2490. DOI: 10.1016/j.jas.2011.05.020

4. Çelekli A., Alslibi Z.A., Bozkurt H. Influence of incorporated Spirulina platensis on the growth of microflora and physicochemical properties of ayran as a functional food. Algal Research, 2019;44:101710.

5. Cuif J.-P., Dauphin Y., Sorauf J.E. Biominerals and fossils through time. Cambridge, UK: Cambridge University Press; 2010.

6. Currie H.A., Perry C.C. Silica in plants: biological, biochemical and chemical studies. Annals of Botany, 2007;100(7):1383-1389. DOI: 10.1093/aob/mcm247

7. Garbary D.J., Tarakhovskaya E.R. Marine macroalgae and associated flowering plants from the Keret Archipelago, White Sea, Russia. Algae. 2013;28(3):267-280. DOI: 10.4490/algae.2013.28.3.267

8. Garvie L.A. Decay-induced biomineralization of the saguaro cactus (Carnegiea gigantea). American Mineralogist. 2003;88(11-12):1879-1888. DOI: 10.2138/am-2003-11-1231

9. Golohvast K.S., Chaika V.V., Zakharenko A.M., Sergievich A.A., Zemchenko I.A., Artemenko A.F., Seryodkin I.V. Hexagonal Phytolithes from Red Alga Tichocarpus crinitus. Defect and Diffusion Forum. 2018;386:256-261. DOI: 10.4028/www.scientific.net/ddf.386.256

10. Golokhvast K., Kudryavkina O., Zakharenko A., Chaika V., Kholodov A., Seryodkin I. et al. Phytolithes (SiO2 Microparticles) of some multicellular brown algae. Der Pharma Chemica. 2015;7(11):307-311.

11. Hodso n M.J. The development of phytoliths in plants and its influence on their chemistry and isotopic composition. Implications for palaeoecology and archaeology. Journal of Archaeological Science. 2016;68:62-69. DOI: 10.1016/j.jas.2015.09.002

12. Kumar i, I.S., Kumarasamy D. Studies on phytoliths in some marine plants. International Journal of Plant, Animal and Environmental Sciences. 2014;4:1-5.

13. Leliaert F., Coppejans E. Crystalline cell inclusions: A new diagnostic character in the Cladophorophyceae (Chlorophyta). Phycologia. 2004;43(2):189-203. DOI: 10.2216/i0031-8884-43-2-189.1

14. Madella M., Alexandré A., Ball T. International code for phytolith nomenclature 1.0. Annals of Botany. 2005;96(2):253-260. DOI: 10.1093/aob/mci172

15. Maggs C.A., Stegenga H. Red algal exotics on North Sea coasts. Helgoländer Meeresuntersuchungen. 1999;52(3-4):243.

16. Mizuta H., Yasui H. Protective function of silicon deposition in Saccharina japonica sporophytes (Phaeophyceae). Journal of Applied Phycology. 2012;24(5):1177-1182. DOI: 10.1007/s10811-011-9750-8

17. Morga n-Edel K.D., Boston P.J., Spilde M.N., Reynolds R.E. Phytoliths (plant-derived mineral bodies) as geobiological and climatic indicators in arid environments. New Mexico Geology. 2015;37(1):3-20.

18. Nawaz M.A., Zakharenko A.M., Zemchenko I.V., Haider M.S., Ali M.A., Imtiaz M. et al. Phytolith Formation in Plants: From Soil to Cell. Plants. 2019;8(8):E249. DOI: 10.3390/plants8080249

19. Parke r B.C. Occurrence of silica in brown and green algae. Canadian Journal of Botany. 1969;47(4):537-540. DOI: 10.1139/b69-073

20. Piper no D.R. A comparison and differentiation of phytoliths from maize and wild grasses: Use of morphological criteria. American Antiquity. 1984;49(2):361-383. DOI: 10.2307/280024

21. Piper no D.R. Phytoliths: A comprehensive guide for archaeologists and paleoecologists. Lanham, USA: Rowman Altamira Press; 2006.

22. Rao A ., Berg J.K., Kellermeier M., Gebauer D. Sweet on biomine ralization: effects of carbohydrates on the early stages of calcium carbonate crystallization. European Journal of Mineralogy. 2014;26(4):537-552. DOI: 10.1127/0935-1221/2014/0026-2379

23. Raven J., Giordano M. ‘Biomineralization by photosynthetic organisms: Evidence of coevolution of the organisms and their environment. Geobiology. 2009;7(2):140-154. DOI: 10.1111/j.1472-4669.2008.00181.x

24. Romanenko E.A., Romanenko P.A., Babenko L.M., Kosakovskaya I.V. Salt stress effects on growth and photosynthetic pigments’ content in algoculture of Acutodesmus dimorphus (Chlorophyta). International Journal on Algae. 2017;19(3):271-282. DOI: 10.1615/InterJAlgae.v19.i3.70

25. Saunders G. W., Hommersand M.H. Assessing red algal supraordinal diversity and taxonomy in the context of contemporary systematic data. American Journal of Botany. 2004;91(10):1494-1507. DOI: 10.3732/ajb.91.10.1494

26. Schie gl S., Stockhammer P., Scott C., Wadley L. A mineralogical and phytolith study of the Middle Stone Age hearths in Sibudu Cave, KwaZulu-Natal, South Africa: Sibudu Cave. South African Journal of Science, 2004;100(3-4):185- 194.

27. Song Z., McGrouther K., Wang H. Occurrence, turnover and carbon sequestration potential of phytoliths in terrestrial ecosystems. Earth-Science Reviews. 2016;158:19-30. DOI: 10.1016/j.earscirev.2016.04.007

28. Zuccarello G.C., Schidlo N., Mcivor L., Guiry M.D. A molecular re-examination of speciation in the intertidal red alga Mastocarpus stellatus (Gigartinales, Rhodophyta) in Europe. European Journal of Phycology. 2005;40(4):337-344. DOI: 10.1080/09670260500254743

29. Zurro D., García-Granero J.J., Lancelotti C., Madella M. Directions in current and future phytolith research. Journal of Archaeological Science. 2016;68:112-117. DOI: 10.1016/j.jas.2015.11.014