DISCO позволяет учёным измерять высокореактивный супероксид на коралловых рифах
Исследователи из Океанографического института Вудс-Хол (WHOI) успешно разработали и протестировали портативное устройство DISCO, которое впервые выполнило in situ измерения высокореактивной формы кислорода — супероксида, играющего, возможно, важную роль в здоровье коралловых рифов. Результаты опубликованы 29 октября в журнале Environmental Science and Technology.
Супероксид — это реактивное химическое соединение, побочный продукт жизнедеятельности всех дышащих и фотосинтезирующих организмов. Эта нестабильная форма кислорода, или активная форма кислорода (АФК), склонна отдавать или принимать электроны. Известно, что супероксид может катализировать химические реакции, ведущие к раку и другим заболеваниям, что является одной из причин рекомендаций включать в рацион богатые антиоксидантами продукты. Однако у многих организмов, включая кораллы, природа супероксида может быть сложнее.
«Раньше считалось, что [супероксид] только токсичен, — говорит морской химик WHOI Коллин Хансел, соавтор исследования. — Но теперь мы знаем, что он используется для множества полезных процессов. У грибов, растений и даже животных супероксид важен, например, для иммунного ответа организма. Эта [логика] ещё не полностью перенесена на морские организмы».
Хансел и её команда исследовали взаимодействие этого химического вещества с симбиотическими микроорганизмами, населяющими коралловые рифы. Предварительные данные свидетельствуют, что хотя кораллы могут быть не защищены от токсического действия супероксида при высоких концентрациях внутри клеток, они также могут использовать это соединение вне клеток в полезных целях, например, для защиты от морских инфекций, которые могут усиливаться из-за потепления океана.
«Для организмов супероксид отражает эффект Златовласки, — говорит ведущий автор исследования Калина Грабб. — Его не должно быть слишком много, потому что это может привести к окислительному стрессу, но и слишком мало тоже плохо, потому что он необходим для физиологических функций».
До недавнего времени эфемерная природа супероксида (в морской воде он существует всего несколько минут) делала его отбор в морской среде крайне сложным. Традиционные методы не оставляли времени на доставку проб в лабораторию. Чтобы преодолеть эти ограничения, инженер WHOI Джейсон Капит и учёный Скотт Ванкель совместно с лабораторией Хансел разработали первый в мире портативный DIver-operated Submersible Chemiluminescent SensOr (DISCO). С его помощью в 2017 году они в реальном времени измерили концентрации супероксида на нетронутой рифовой системе Кубы «Сады Королевы».
Устройство в виде бокса с водонепроницаемой батареей и экраном планшета позволяет дайверам работать на глубине. Внутри жидкостные насосы забирают воду, а DISCO добавляет к смеси химический реагент, который, реагируя с супероксидом, создаёт измеримый свет, регистрируемый бортовым сенсором. В первом полевом тесте устройство зафиксировало заметные различия в уровнях супероксида между разными видами кораллов.
«Теперь мы хотим понять — почему? — добавляет Хансел. — Почему они целенаправленно производят супероксид, и помогает ли это кораллу или как-то связано со стрессом?»
С момента создания DISCO был переработан, став более портативным и лёгким. В 2018 году команда создала новую версию устройства, примерно вдвое меньше и легче предыдущей. Также был разработан глубоководный вариант под названием SOLARIS для использования с обитаемым аппаратом ALVIN. В октябре 2019 года с его помощью удалось обнаружить супероксид, производимый кораллами на глубине 1300 метров (~4200 футов) на подводной горе Дэвисон у побережья центральной Калифорнии.