Crash on application of green algae Chlorella vulgaris for ecological treatment of ponds emerging in Russia 15 years ago was named “algolization” — viability of “algolization” was declared through alleged ability of green algae Ch. vulgaris to win biological competition for nutrients and allelopathically inhibit growth of cyanobacteria in water bodies. Despite of warnings issued by official science in Russia, pointing at the total lack of scientific evidence for alleged benefits of “algolization” practices, boom of introduction of Ch. vulgaris cells concentrate into water bodies instigated by commercial advertising statements about Chlorella’s ability to fight cyanobacterial harmful algae blooms (HAB), goes on in Russia nowadays. In this paper more than 10 commercial claims about Ch. vulgaris “wonder” faculties are compared to the current scientific knowledge about algae Chlorella, Microcystis, Anabaena, Oscillatoria.

Введение

Термин «альголизация (водоема)» происходит от лат. algae («водоросли») и обозначает введение в водоем зеленой водоросли — хлореллы (штамма этого вида). Основной целью данного метода служит избавление от синезеленых водорослей (цианобактерий), которые токсичны и наносят большой вред не только водоему в целом, но и здоровью животных и человека. Автором метода является Н. И. Богданов, изложивший его суть в своей книге «Биологические основы предотвращения “цветения” Пензенского водохранилища синезелеными водорослями».

В 2014 г. XI съезд Гидробиологического общества при Российской академии наук (ГБО РАН) признал метод альголизации водоемов «ложным и наносящим значительный вред российской гидробиологии», подчеркнув «необходимость развития современных высокотехнологичных научных методов борьбы с эвтрофированием водоемов» [1].

Встает закономерный вопрос: чему верить — заключению отечественных ученых или рекламным постулатам коммерческих фирм, размножающих зеленую одноклеточную водоросль Chlorella vulgaris (Хлорелла вульгарис) и предлагающих с ее помощью спасать водоемы от вредных синезеленых водорослей?

Во всем мире ученые сегодня исследуют механизмы, вызывающие так называемые вредные водорослевые цветения питьевых источников (англ. HAB), и ищут способы контролировать в водоеме массовое размножение как зеленых ( Ch. vulgaris ), так и синезеленых водорослей ( Microcystis , Anabaena , Oscillatoria , Aphanizomenon и др.). Считаем необходимым обратиться к научным исследованиям, проведенным российскими и зарубежными учеными, для того чтобы сверить коммерческие заявления рекламы альголизации с современными научными знаниями о зеленой водоросли Ch. vulgaris , синезеленых водорослях Microcystis , Anabaena , Oscillatoria и вредных водорослевых цветениях воды, вызываемых этими водорослями.

В 2023 г. китайские ученые опубликовали статью «Влияние бактериального альгицида на метаболические пути Chlorella vulgaris », в которой предупреждали: «Хлорелла является доминантным видом во время опасных водорослевых цветений (HAB) во всем мире, приносящих серьезные экологические проблемы и являющихся серьезной угрозой безопасности питьевой воды» [22] (здесь и далее перевод наш. — В. С.)

В это время российские чиновники широко распахнули двери перед отечественными коммерсантами, предлагающими искусственно заполнять водоемы России клетками зеленой водоросли Ch. vulgaris . Необходимость мероприятия альголизации объясняется тем, что зеленая водоросль Ch. vulgaris якобы борется с засильем в водоемах вредных синезеленых водорослей Microcystis , Anabaena , Oscillatoria и др. Так, например, в доказательство приводятся слова главного ихтиолога ООО «НПО Гидротехпроект» Сергея Яковлева: «Учеными было обнаружено, что хлорелла оказывает лизирующее (разрушающее) и ингибирующее (подавляющее) действие на синезеленые водоросли. Методом подбора был отобран специальный штамм хлореллы, который, в отличие от всех остальных, находится в толще воды, имеет планктонную форму, то есть не осаждается на дно». Специалисты этой компании выполняли работы по альголизации водоема-охладителя Ростовской АЭС [23].

Chlorella vulgaris против синезеленых водорослей

I

Прежде всего следует рассмотреть, как и за счет каких механизмов зеленая водоросль Ch. vulgaris якобы подавляет (ингибирует) и разрушает (лизирует) синезеленые водоросли в водоемах.

Альгологии (науке изучающей микроводоросли) известно такое явление, как аллелопатия — способность одних водорослей выделять во внешнюю среду внеклеточные вещества, подавляющие или, наоборот, стимулирующие развитие других водорослей.

В частности, в статье «Аллелопатия микроводорослей» утверждается: «Аллелопатия микроводорослей — это многостороннее сложное экологическое/физиологическое явление. Химические вещества, выделяемые микроводорослями, могут воздействовать: 1) на другие микроводоросли поблизости; 2) на свой собственный рост (аутотоксичность); 3) на ассоциированные с микроводорослями микробы; 4) на высшие растения; 5) на накопление и доступность ионов питательных веществ, которые в свою очередь воздействуют на распределение, рост и укрепление других микроводорослей, микроорганизмов и растений» [3].

Поиск и анализ научных публикаций, исследований по словосочетанию «аллелопатическая активность Chlorella vulgaris против синезеленых водорослей» не дал положительных результатов. Наоборот, встретилось значительное число научных исследований, описывающих аллелопатическое действие синезеленых водорослей против водоросли Ch. vulgaris. В чем это действие заключается?

Группа ученых, опубликовавших статью «Влияние синезеленых водорослей Microcystis aeruginosa на морфологию зеленой водоросли Chlorella vulgaris », выявила, что «в лабораторных условиях специально собранный фильтрат синезеленой водоросли M. aeruginosa существенно подавляет рост зеленой водоросли Ch. vulgaris ». В полевых условиях, как полагают ученые, «постоянное выделение синезелеными водорослями M. aeruginosa аллелохимикатов будет постоянно подавлять рост зеленой водоросли Ch. vulgaris , так как вызванные этими веществами морфологические изменения в хлорелле будут критическими» [4].

В научном исследовании «Аллелопатическое влияние синезеленой микроводоросли Microcystic aeruginosa на зеленую водоросль Сhlorella vulgaris » говорится следующее: «Цель настоящей работы — исследовать аллелопатическое влияние синезеленой микроводоросли M. aeruginosa на зеленую водоросль Ch. vulgaris . Оба вида встречаются в Балтийском море. Более того, M. aeruginosa вызывает местами токсичные вспышки “цветения” воды в прибрежных зонах. Стерильные монокультуры синезеленых водорослей были культивированы в колбах на жидкой среде. Через 30 суток очищенные от клеток выделения синезеленых водорослей были отобраны фильтрованием и добавлены в культуру Ch. vulgaris . Влияние полученного внеклеточного секрета на рост зеленой микроводоросли исследовалось на 3-и и на 7-е сутки. В другом эксперименте исследовалось влияние живых клеток синезеленых микроводорослей на рост клеток зеленых водорослей (кокультивирование). В обоих экспериментах синезеленая микроводоросль M. aeruginosa продемонстрировала аллелопатический эффект по отношению к клеткам зеленой микроводоросли» [5].

В исследовании «Аллелопатическая активность синезеленых водорослей в отношении зеленых водорослей при низкой плотности клеток» авторы делятся результатами: «Мы обнаружили, что внеклеточные выделения микроводоросли Cylindrospermopsis raciborskii сначала усиливали, а затем значительно подавляли рост микроводоросли Ankistrodesmus falcatus , а также что вещества, выделяемые синезеленой микроводорослью Oscillatoria sp., сильнейшим образом подавляли зеленую микроводоросль Ch. vulgaris . После удаления выделений микроводоросли начинали расти нормальными темпами» [6].

Авторы статьи «Аллелопатическая активность синезеленых микроводорослей и зеленых микроводорослей в пресных источниках Флориды» сделали следующий вывод в ходе исследования: «Все штаммы синезеленых водорослей и четыре из шести изолятов зеленых водорослей показали некоторую аллелопатическую активность (то есть подавление или стимулирование роста других штаммов). Из них наиболее выраженная аллелопатическая активность обнаружена у изолята синезеленых водорослей Fischerella sp. (штамм 52–1). При совместной культивации эта синезеленая микроводоросль подавила рост всех протестированных штаммов зеленых водорослей и синезеленых водорослей» [7].

Отечественными исследователями, авторами статьи «Коррекция альгоценозов с помощью интродукции хлореллы: анализ попыток использования», было установлено, что результатом альголизации водохранилищ штаммом микроводоросли Ch. vulgaris вместо очистки водоема и подавления роста синезеленых водорослей стало доминирование в водоеме какого-то одного вида токсичной синезеленой микроводоросли [8]. Например, эксперимент по альголизации Ижевского водохранилища привел к доминированию в водохранилище синезеленой водоросли Oscillatoria . «В Ижевском водохранилище в первый год после проведения “альголизации” в 2009 г. произошла перестройка альгоценоза c полидоминантного, в который входили синезеленые водоросли Aphanizomenon flos-aquae , M. aeruginosa , Anabaena sp. и Oscillatoria(Planktothrix) agardhii , на монодоминантный с участием Oscillatoria (Planktothrix) agardhii . В дальнейшем это привело к резкому (пятикратному) росту численности цианобактерий» [8]. Альголизация Черноисточинского водохранилища стала причиной доминирования в водоеме синезеленой водоросли Aphanizomenon . «В итоге на сомнительное мероприятие (“альголизацию”) в 2011–2014 гг. были потрачены муниципальные средства, обещаемого эффекта улучшения состояния водоема не произошло, наоборот, в дальнейшем наблюдалась ускоренная деградация экологической системы. Природный альгоценоз водоема повторил путь альгоценозов Ижевского и Пензенского водохранилищ — стал монодоминантным с активным развитием токсичной водоросли Aphanizomenon flos-aquae » [8].

Согласно результатам научного исследования « Aphanizomenon flos-aquae , выращенная при различных концентрациях питательных элементов, и воздействие внеклеточных выделений на рост двух видов зеленых микроводорослей», «один и тот же штамм Aphanizomenon flos-aquae может существенно подавлять рост зеленой микроводоросли Сh. vulgaris , которая является кормовой базой для зоопланктона, в частности для ветвистоусых. Эффект подавления роста был сильнее у внеклеточных выделений синезеленой водоросли в условиях недостатка фосфатов» [9].

Исследование «Аллелопатическая активность синезеленых микроводорослей Балтики против микроводорослей», целью которого было «выяснить влияние клеточных и внеклеточных фильтратов синезеленых микроводорослей Балтики Anabaena variabilis и Nodularia spumigena на рост зеленой микроводоросли Ch. vulgaris », продемонстрировало, что «клетки A. variabilis и N. spumigena проявляли аллелопатическую активность против микроводоросли Ch. vulgaris . Культуры синезеленых микроводорослей и зеленой микроводоросли были помещены на жидкую среду при температуре +22 °C при постоянном освещении. Внеклеточные фильтраты были получены центрифугированием и фильтрованием навесок культур синезеленых микроводорослей (включая культуры в экспонентной и стационарной фазах роста). Ростовые реакции свободных клеток (культивирование в замкнутой среде) и обездвиженных культур (в каплях альгината) одноклеточной зеленой микроводоросли на выделяемые синезелеными микроводорослями аллелохимикаты были протестированы и сопоставлены. В этом эксперименте A. variabilis подавила рост микроводоросли по сравнению с контролем. N. spumigena стимулировала рост Ch. vulgaris в большинстве случаев, хотя наблюдались как положительные, так и отрицательные примеры» [10].

В статье «Аллелопатическое воздействие синезеленой водоросли Nodularia spumigena на зеленые микроводоросли Chlorella vulgaris и Oocystis submarina » «влияние аллелохимикатов на рост, флуоресценцию хлорофилла и кривые cвечения фотосинтеза (P-E) у различных видов зеленых водорослей: Ch. vulgaris и O. submarina — было исследовано путем добавления внеклеточного фильтрата культур азотфиксирующей синезеленой водоросли N. spumigena , выращенных при различных температурных режимах (+15, +20 и +25 °С). Добавление очищенного от клеток фильтрата культур N. spumigena , выращенных в диапазоне положительных температур, подавляло исследуемые виды. Максимальное снижение числа клеток, флуоресценции хлорофилла и кривых P-E у анализируемых видов наблюдалось при добавлении внеклеточного фильтрата, полученного от N. spumigena , выращенной при +25 °С. Эти наблюдения позволяют предположить, что нитчатая синезеленая водоросль N. spumigena может проявлять аллелопатическую активность и что производство аллелопатических веществ регулируется температурой» [11].

Погода стала жарче, вода хорошо прогрелась, и синезеленая водоросль N. spumigena тоже начинает выделять во внешнюю среду вещества, подавляющие рост зеленой микроводоросли Ch. vulgaris .

Синезеленые водоросли, в частности Microcystis , Anabaena , Oscillatoria , Nodularia , действительно обладают аллелопатическими механизмами, с помощью которых могут не только подавлять рост самой Ch. vulgaris , но и разрушать ее клетки. Это ровно противоположно тому, что заявляет реклама альголизации.

Не Ch. vulgaris подавляет и разрушает синезеленые водоросли, а синезеленые водоросли подавляют и разрушают ее.

II

Тогда за счет каких природных механизмов водоросль Ch. vulgaris якобы подавляет в водоеме рост вредных синезеленых водорослей? С этим вопросом я обратился к представителю российского производителя водоросли Ch. vulgaris для водоемов и получил ответ.

@AlgotecAqua: «За счет механизма межвидовой конкуренции. Будучи более продуктивной в скорости деления клетки, хлорелла быстрее забирает питательные элементы (азот и фосфор и др.) для своего развития».

Еще один постулат коммерческой рекламы альголизации: Ch. vulgaris неизменно с большим отрывом побеждает синезеленые водоросли в конкуренции за питательные элементы (азот, фосфор).

Китайские ученые в рамках научного исследования «Влияние температуры, света, питательных элементов и pH на рост и конкуренцию штаммов Chlorella vulgaris и Anabaena » устроили соревнование между зеленой водорослью Ch. vulgaris и вредной синезеленой водоросль Anabaena . Ученые смоделировали конкуренцию водорослей за питательные элементы (азот, фосфор и др.) в различных режимах (освещенность, температура, концентрации питательных элементов, кислотно-щелочная среда) [12]. Какая из водорослей выиграла конкуренцию в совместном культивировании — Chlorella и Anabaena ?

Была проведена оценка влияния указанных факторов на рост и конкуренцию штаммов Ch. vulgaris и Anabaena с использованием метода ортогонального дизайна с целью прояснить, как они способствуют росту полезной водоросли и ограничивают рост вредной водоросли [12]. Оптимальными условиями роста Ch. vulgaris в монокультурной системе раздельного культивирования были следующие: температура — +35 °С; свет — 660 лк; концентрация азота — 0,36 мг/л ^–1 ; концентрация фосфора — 0,1 мг/л ⁻¹ ; pH — 9,0. Оптимальные условия для Anabaena : температура — 30 °С; свет — 6600 лк; концентрация азота — 0,18 мг/л ⁻¹ ; концентрация фосфора — 0,1 мг/л ⁻¹ ; pH — 7,0. Оптимальными условиями роста Ch. vulgaris в системе совместного культивирования были следующие: температура — 25 °С; свет — 4400 лк; концентрация азота — 0,18 мг/л ⁻¹ ; концентрация фосфора — 0,5 мг/л ⁻¹ ; pH — 6,0. Оптимальные условия для Anabaena : температура — 35 °С; свет — 4400 лк; концентрация азота — 0,36 мг/л ⁻¹ ; концентрация фосфора — 0,5 мг/л ⁻¹ ; pH — 6,0. Вместе параметры конкуренции-подавления для Anabaena против Ch. vulgaris были наибольшими при следующих условиях: температура — 30 °С; интенсивность света — 6600 лк; концентрация азота — 0,36 мг/л ⁻¹ ; концентрация фосфора — 0,025 мг/л ⁻¹ ; pH — 8,0. Согласно модели конкуренции Лотки — Волтерры, Anabaena выиграла конкуренцию при совместном культивировании при следующих условиях:

1) температура — 15 °С ; свет — 660 лк; общий азот (TN) — 0,18 мг/л ⁻¹ ; общий фосфор (TP) — 0,025 мг/л ⁻¹ ; pH — 6;

2) температура — 15 °С; свет — 2200 лк; TN — 0,36 мг/л ⁻¹ ; TP — 0,025 мг/л ⁻¹ ; pH — 7;

3) температура — 15 ; свет — 6600 лк; TN — 3,6 мг/л ⁻¹ ; TP — 0,5 мг/л ⁻¹ ; pH — 9;

4) температура — 30 °С; свет — 4400 лк; TN — 0,18 мг/л ⁻¹ ; TP — 0,05 мг/л ⁻¹ ; pH — 9;

5) температура —35 °С; свет — 660 лк; TN — 3,6 мг/л ⁻¹ ; TP — 0,05 мг/л ⁻¹ ; pH — 8;

6) температура — 35 °С; свет — 2200 лк; TN — 0,72 мг/л ⁻¹ ; TP — 0,025 мг/л ⁻¹ ; pH, — 9.

Ch. vulgaris не смогла выиграть конкуренцию при совместном культивировании ни в одном из протестированных режимов.

Таким образом, в конкуренции за питательные вещества (азот, фосфор и др.) победила вредная синезеленая водоросль Anabaena во всех режимах совместного культивирования. Китайские ученые, как и российские, тоже не увидели конкурентных преимуществ Ch. vulgaris перед синезеленой водорослью Anabaena .

III

Синезеленая водоросль Oscillatoria sp. — род нитчатых цианобактерий, cинезеленых водорослей, размножающихся бинарным делением клеток в одной плоскости. Нити Oscillatoria (трихомы) без гетероцист, прямые или изогнутые, способные к колебательным, вращательным и поступательным движениям. Постоянные чехлы обычно отсутствуют, при скольжении трихом по плотной поверхности за ними остается почти прозрачный (подобный чехлу) или слизистый след. Сможет ли зеленая водоросль Ch. vulgaris победить синезеленую водоросль Oscillatoria , забрав у нее питательные элементы (азот, фосфор и др.)?

Результаты исследования «Дифференциальная эффективность Chlorella vulgaris и Oscillatoria sp. для очистки муниципальных сточных вод» говорят «в пользу применения водорослей для очистки сточных воды в трех целях: подходящий источник чистой воды в сельском хозяйстве, поддержание чистоты окружающей среды и производство ценной биомассы микроводорослей» [13]. Авторы статьи заявляют об эффективности микроводорослей Ch. vulgaris и Oscillatoria sp для удаления аммонийного азота, нитритов и общих фосфатов из муниципальных сточных вод. « Ch. vulgaris ассимилировала NH ₃ , NO ₂ и PO ₄ с эффективностью 99,408 %, 100 % и 82,211 % соответственно, в то время как Oscillatoria sp. показала эффективность 98,125 %, 100 % и 84,718 % в удалении NH ₃ , NO ₂ и PO ₄ соответственно. Содержание липидов в Сh. vulgaris было выше, чем содержание липидов в Oscillatoria sp., что делает Сh. vulgaris более удобным сырьем для производства биотоплива. Эксперимент был продлен до 144 ч, существенное удаление питательных элементов наступило через 72 ч, затем замедлилось, а через 120 ч стало отрицательным и появился небольшой рост содержания питательных веществ из-за освобождения клеточных питательных элементов. Соответственно, рекомендуемая продолжительность эксперимента по описанной технике — не более трех суток» [13 ].

Обе водоросли — и зеленая Ch. vulgaris, и токсичная синезеленая Oscillatoria sp. — в описанном эксперименте забирали питательные элементы для своего развития с примерно одинаковой эффективностью и скоростью. Oscillatoria была эффективнее в удалении фосфатов. При прочих равных условиях Oscillatoria sp. выделяет во внешнюю среду аллелохимикаты, подавляющие рост клеток водоросли Ch. vulgaris .

IV

Еще одна вредная синезеленая микроводоросль — A. variablis , грамотрицательная цианобактерия, — фиксирует N ₂ и СО ₂ , используя солнечную энергию.

Авторы статьи «Сравнительная оценка Chlorella vulgaris и Anabaena variablis для фикоремедиации загрязненной речной воды: детоксикация тяжелых металлов» говорят следующее: «В этом исследовании мы оценили потенциал Ch. vulgaris и A. variablis для фикоремедиации загрязненной речной воды. Наши открытия демонстрируют, что и микроводоросль и цианобактерия могли бы быть отличной биологической стратегией для фикоремедиации. В данных экспериментальных условиях A. variablis и Ch. vulgaris показали отличную эффективность в удалении значительных количеств загрязнителей из образцов загрязненной воды. Значительный рост A. variablis и Ch. vulgaris , наблюдаемый в образцах грязной воды, продемонстрировал способность и микроводоросли, и синезеленой водоросли выдерживать условия грязной речной воды. Высочайшая эффективность A. variablis в снижении электропроводимости, биохимического потребления кислорода (БПК), взвешенных веществ, концентраций SO42– и цинка прямо предполагает лучшую приспособленность, чем у Ch. vulgaris , к ремедиации данных загрязнителей. Однако Ch. vulgaris более эффективна, чем A. variablis , в снижении жесткости воды (Сa ²⁺ и Mg ²⁺ ), а также загрязнения хромом и марганцем. Тем не менее оценка состава загрязнения воды должна предшествовать составлению и применению микроводорослевой или цианобактериальной технологии ремедиации, поскольку эффективность удаления загрязнителей зависит целиком от вида микроорганизма» [14].

Снова не удалось обнаружить каких-либо необычайных конкурентных преимуществ у водоросли Ch. vulgaris перед вредными синезелеными водорослями. Синезеленая водоросль A. variablis ничем не уступает в эффективности зеленой водоросли Ch. vulgaris.

V

Spirulina platensis — простейшая одноклеточная синезеленая микроводоросль. Свое название она получила благодаря особой форме — спирали, которую можно рассмотреть под микроскопом.

В статье «Сравнение Chlorella vulgaris и Spirulina platensis в оксидационном резервуаре водорослевого реактора для очистки сточной воды от производства тофу» отмечается: «Из результатов исследования можно заключить, что синезеленая водоросль S. platensis более эффективна для удаления органических загрязнителей, чем микроводоросль Ch. vulgaris » [15].

Таким образом, синезеленая водоросль Spirulina оказалась эффективнее в конкуренции за питательные элементы (азот и фосфор), чем зеленая водоросль Ch. vulgaris.

VI

Американские ученые в статье «Токсичные водоросли во внутренних водах континентальной части Соединенных Штатов: обзор и обобщение» утверждают, что сельскохозяйственные гербициды, например такое вещество, как глифосат, способны провоцировать цветение как некоторых видов синезеленых водорослей, так и зеленой микроводоросли Ch. vulgaris . «Синезеленые водоросли в целом обладают сопротивляемостью к разнообразию агрохимикатов и других загрязнителей. В конкретном случае с веществом глифосат некоторые цианобактерии (например, Anabaena , M.aeruginosa , Planktothrix ) не только обладают сопротивляемостью к действию гербицидов, но их рост стимулируется низкими концентрациями в фосфордефицитной среде. Недавнее исследование M.aeruginosa обнаружило, что рост и производство микроцистина одновременно усиливались в присутствии глифосата при низких концентрациях 0,1 мг/л ⁻¹ . Толерантность к глифосату и стимуляция роста присутствием глифосата не являются уникальными для цианобактерий. Вызванный присутствием глифосата рост задокументирован для водоросли Prymnesium parvum при концентрации глифосата 10 мг/л ⁻¹ в фосфордефицитной среде. У Ch. vulgaris , экстремофильной зеленой микроводоросли, глифосат и его метаболит аминометилфосфоновая кислота (АМФК) стимулируют рост при концентрациях от 50 до 100 мг/л ⁻¹ соответственно» [16].

Из вышесказанного следует, что вспышка цветения синезеленых водорослей будет спровоцирована минимальной концентрацией глифосата, в то время как водоросли Ch. vulgaris для усиленного роста нужна в тысячу раз большая доза этого вещества по сравнению с синезелеными водорослями.

Никакого многократного преимущества в конкуренции за питательные элементы (азот, фосфор и др.) водоросль Ch. vulgaris не обнаруживает. При этом вредные синезеленые водоросли, такие как Oscillatoria, Anabaena, Microcystis, Spirulina, не менее, а даже более эффективны в извлечении из воды питательных элементов, чем Ch. vulgaris . Вместе с тем синезеленые водоросли обладают существенным конкурентным преимуществом — выделяют в воду вещества (аллелохимикаты), подавляющие рост Ch. vulgaris или разрушающие ее клетки.

VII

Автор статьи «Ижевский пруд: хлорелла доминирует пока только в умах» задается вопросом: «Что же все-таки должна дать умирающему водохранилищу замена одной микроводоросли (синезеленой) на другую микроводоросль ( Chlorella vulgaris )?» [17]. Он приводит описание действия Chlorella , данное самим разработчиком метода альголизации: «Борется с синезелеными водорослями, потребляет вредные вещества, вырабатывает кислород». И далее автор рассуждает: «Казалось бы, чего же более? Однако, объективно, из этой триады справедливым будет оставить только первый пункт. Потому что и синезеленые водоросли, обладающие одним с хлореллой механизмом питания, тоже неплохо потребляют вредные для водоема вещества (речь идет о нитратах, фосфатах и органике) и прекрасно вырабатывают кислород. Но, несмотря на это, ни один «цветущий» пруд, коих летом по России можно встретить тысячи и десятки тысяч, еще не очистился. А ведь, казалось бы, огромная масса синезеленых водорослей, интенсивно питаясь органикой и биогенными элементами, стремительно размножаясь и при этом насыщая воду кислородом, могла бы запросто вычистить любой водоем. Однако этого не происходит. Иначе и ижевский пруд давно был бы уже очищен за годы интенсивного “цветения” самими синезелеными водорослями» [17].

Отечественные экологи еще десять лет назад пытались обратить внимание на тот факт, что идеи альголизации противоречат объективной реальности.

Chlorella vulgaris и зеленые водоросли

I

Еще один постулат коммерческой рекламы альголизации гласит: «Добавление в водоемы зеленой водоросли Chlorella vulgaris (альголизация) активно перестраивает, дополняет и усиливает полезное видовое сообщество зеленых водорослей, помогая ему в общей борьбе против вредных синезеленых водорослей».

Авторы исследования «Аллелопатия и конкуренция между Chlorella vulgaris и Pseudokirchneriella subcapitat : эксперименты и математическая модель» публикуют «результаты новых экспериментов, касающихся аллелопатической конкуренции между двумя видами — Ch. vulgaris и Pseudokirchneriella subcapitata . Результаты экспериментов показывают, что оба вида имеют разную скорость роста, которая может быть смоделирована функцией Андрюса для Ch. vulgaris и функцией Михаэлиса — Ментен для P. subcapitata . Эксперименты также подтвердили, что виды имеют разную продуктивность и что аллелохимикаты, выделяемые Ch. vulgaris (называемые хлореллин), оказывают подавляющий эффект на P. subcapitata » [18].

Необходимо пояснить, что P. subcapitata — это зеленая микроводоросль из того самого видового сообщества зеленых микроводорослей, которое, согласно рекламе метода альголизации водоемов штаммом микроводоросли Ch. vulgaris , якобы дополняет и усиливает Ch. vulgaris в борьбе против синезеленых водорослей. Зеленая водоросль P. subcapitata широко используется в анализах экотоксичности и обладает большим биотехнологическим потенциалом в качестве исходного сырья.

Вместе с тем в 2011 г. Egyptian Journal for Phycology («Египетский вестник фикологии») сообщал об обнаруженной аллелопатической активности зеленой водоросли Scenedesmus acuminatus против зеленой водоросли Ch. vulgaris .

II

Любопытный материал десятилетней давности находим в еженедельнике «Аргументы и Факты», в статье «Экономия по-воронежски. Почему хлореллы очищают водоемы повсюду, но не у нас». Автор статьи пишет: «Администрацию Воронежа публично шельмуют за нежелание проводить альголизацию Воронежского водохранилища. Некто Юрий Светачев на страницах газеты в 2014 году, в том же 2014 году состоялся XI Съезд Гидробиологического общества РАН, признавший альголизацию водоемов зеленой водорослью Chlorella vulgaris ложным и наносящим вред методом, в качестве положительного примера приводит альголизацию хлореллой Матырского водохранилища: “Так, за три года было очищено Матырское водохранилище в соседней Липецкой области”» (Аиф-Черноземье. 2014. 10 сент. (№ 37)).

Матырское водохранилище было очищено запуском в него зеленой микроводоросли Chlorella . В каком состоянии Матырское водохранилище находится сегодня?

Приведем информацию, представленную в материале липецкого новостного агентства Gorod48.ru: «Экологи объяснили, почему Матырское водохранилище стало зелено-голубым. Липчане выкладывают в социальных сетях видео и фотографии Матырского водохранилища с водой непривычного цвета.

— Вот такая водичка “чистая”, — говорит автор одного из видео.

Областное управление экологии и природных ресурсов заметило эти публикации, и его сотрудники побывали на водохранилище. “Как вы можете видеть на фотографиях, сделанных сегодня на дамбе, вода имеет зеленоватый оттенок. Это естественный процесс цветения в период повышения температур и вызван развитием синезеленых водорослей. Вода и берег действительно могут окраситься в ярко-сине-зеленые цвета, но бояться здесь нечего, это распространенное явление в конце лета, типичное для всех водоемов”, — рассказали экологи» (Gorod48.ru. 2023. 15 авг.).

Берега Матырского водохранилища окрасились в зеленый и голубой цвета. Зеленый цвет принадлежит хлорофиллу в клетках синезеленых водорослей, а голубой цвет — фикоцианину, вспомогательному пигменту хлорофилла. Обратимся к этимологии слова «фикоцианин»: «фуко» происходит от греч. «рнyco» — «водоросли», а «цианин» — от англ. «сyan», которое обычно означает сине-зеленый оттенок (близкий к аква) и происходит от греч «kyanos» — «темно-синий». Продукт «фикоцианин» производят синезеленые водоросли, например вида Aphanizomenon flos-aquae . Фикоцианин — это пигмент-белковый комплекс из семейства светособирающих фикобилипротеинов, наряду с аллофикоцианином и фикоэритрином.

III

Может ли Ch. vulgaris делить водоем с синезелеными водорослями? Так тоже может быть, если синезеленые водоросли не токсичные.

К данной проблеме обращались авторы исследования «Культивирование микроводорослей и синезеленых водорослей: влияние рабочих условий на рост и состав биомассы». Цель указанной работы состояла в том, чтобы «определить оптимальные условия роста для получения максимальной биомассы культуры в замкнутой среде синезеленой водоросли Arthrospira maxima и зеленых водорослей Chlorella vulgaris , Isochrysis galbana и Nannochloropsis gaditana » [19].

В исследовании «Физиологическое воздействие аллелохимикатов, производимых вызывающими цветение воды синезелеными водорослями Synechococcus sp. и Nodularia spumigena , на сосуществование микроводорослей» авторы заявляют: «Мы исследовали аллелопатическое воздействие вызывающих цветение воды синезеленых водорослей Synechococcus sp. и N. spumigena на некоторые аспекты, относящиеся к физиологии целевых видов: рост популяции, морфологию клеток и несколько индексов фотосинтеза и дыхательной активности. Целевыми видами стали: два вида зеленых водорослей ( O. submarina , Ch. vulgaris ) и два вида диатомовых водорослей ( Bacillaria paxillifer , Skeletonema marinoi ). Эти четыре вида сосуществуют в природной среде наряду со штаммами синезеленых водорослей Synechococcus sp. и N. spumigena . Тесты заключались в однократном и повторном добавлении очищенного от клеток фильтрата синезеленых водорослей. Мы также оценили влияние фазы роста на интенсивность аллелопатического эффекта. Негативное влияние от обоих видов синезеленых водорослей было максимальным при повторном добавлении выделений, и в целом Synechococcus sp. и N. spumigena проявляли аллелопатический эффект только в экспонентной фазе роста. O. submarina не подвергалась негативному влиянию фильтрата Synechococcus ни при одном из изученных параметров, в то время как Ch. vulgaris , B. paxillifer и S. marinoi были повреждены несколькими путями. N. spumigena характеризовалась более сильной аллелопатической активностью, чем Synechococcus sp., продемонстрировав негативный эффект на всех целевых видах. Самое высокое снижение роста, а также наиболее очевидные повреждения клеток наблюдались у диатомовой водоросли S. marinoi . Наши наблюдения свидетельствуют о том, что выделяемые синезелеными водорослями аллелохимикаты наносят клеткам физические повреждения, а также тормозят дыхание и фотосинтез у исследованных видов микроводорослей, что вызывает подавление роста популяции. Более того, наше исследование показывает, что некоторые биотические факторы, усиливающие аллелопатические эффекты, могут изменять соотношение между вызывающими цветение воды синезелеными водорослями и некоторыми видами фитопланктона, присутствующими в той же водной системе» [20].

IV

Остается свериться с тем, что по этому вопросу пишут отечественные ученые.

Исследователи из Российского научно-исследовательского института комплексного использования и охраны водных ресурсов (ФГУП РосНИИВХ, г. Екатеринбург) в статье «К вопросу об альголизации водоемов» отмечают, что авторы рекламируемого метода борьбы с «цветением» водоемов строят обоснование механизма воздействия альголизации на водный биоценоз «на основе декларируемых ими свойств штамма Chlorella vulgaris ИФР № С-111: после внесения в водоем этот штамм за считанные дни становится доминирующей микроводорослью в указанном биотопе, поглощает все биогенные элементы и органические вещества, за счет чего вытесняет синезеленые водоросли. Проведенные в ФГУП РосНИИВХ исследования (тесты и эксперименты) показали, что синезеленые водоросли по-разному реагируют на присутствие культуры штамма Chlorella vulgaris ИФР № C-111. Среди изученных 11 культур синезеленых водорослей только 4 погибли в присутствии хлореллы. Остальные смогли через некоторое время адаптироваться и даже начать развиваться, а на одну культуру (№ 535, Synechococcus sp.) хлорелла оказала стимулирующее действие. Наиболее эффективно хлорелла подавляет развитие синезеленых водорослей в большой концентрации, когда плотности сопоставимы или плотность хлореллы превышает плотность синезеленых водорослей. Речь в данном случае идет об очень высокой численности хлореллы — от 3 до 8 млрд кл./л (млн кл./мл), которая наблюдалась от начала и до конца эксперимента. При таких условиях хлорелла успешно размножается и подавляет развитие не только синезеленых, но и зеленых водорослей. В остальных соотношениях действие более непредсказуемо и, по всей вероятности, зависит от общего состава, плотности и состояния альгоценоза. Вещества, которые содержатся в культуральной жидкости хлореллы, при некоторых условиях могут стимулировать развитие других групп водорослей (например, зеленых хлорококковых).

Однако при отслеживании специалистами ФГУП РосНИИВХ ситуации на альголизируемых водохранилищах на Урале (Белоярское, Нижне-Тагильское, Черноисточинское, Верхне-Выйское) в воде водоемов за весь период наблюдений (с мая по октябрь 2012 г.) заметных количеств хлореллы на фоне достаточно больших биомасс других видов водорослей не было отмечено.

Таким образом, ни лабораторный, ни натурный эксперименты не подтверждают реальность декларируемых авторами свойств применяемого штамма хлореллы. Необходимо также отметить, что высокая биомасса хлореллы, либо отмирающая, либо прошедшая через желудочно-кишечный тракт потребляющих ее организмов, может служить мощным источником вторичного загрязнения, в частности биогенными веществами (в основном соединениями азота), что в дальнейшем в условиях водоема может спровоцировать развитие синезеленых водорослей» [21].

Указаний на то, что разные виды зеленых водорослей при помощи Ch. vulgaris могли бы единым фронтом действовать в борьбе против синезеленых водорослей, нет.

Chlorella vulgaris и вредные водорослевые цветения

Рассмотрим следующий постулат коммерческой рекламы альголизации.

В статье «Принцип действия планктонной хлореллы в водоеме» на сайте российского производителя суспензии Ch. vulgaris для водоемов сказано: «За несколько дней хлорелла становится доминирующей микроводорослью в поверхностном слое воды, насыщая его кислородом и удаляя из него излишки углекислого газа, различные органические и неорганические загрязнения. При этом хлорелла предотвращает процесс гниения органических соединений, тем самым снижая количество патогенной микрофлоры. Поскольку сама хлорелла и ее метаболиты (выделяемые в процессе жизнедеятельности вещества) являются наилучшим кормом для зоопланктона (рачков, дафний и других полезных микроорганизмов, являющихся кормом для рыб), то численность зоопланктона в водоеме увеличивается в разы, а численность хлореллы в какой-то момент начинает регулироваться естественным путем — цветение водоема при переизбытке микроводоросли хлорелла в принципе невозможно».

Реклама альголизации утверждает, что цветение водоема, то есть массовое засилье в водоеме живых клеток водоросли Ch. vulgaris , в принципе невозможно. Так ли это с точки зрения науки?

В качестве аргумента еще раз обратимся к научной публикации китайских ученых, которая начинается словами: «Хлорелла является доминантным видом во время опасных водорослевых цветений (HAB) во всем мире, приносящих серьезные экологические проблемы и являющихся серьезной угрозой безопасности питьевой воды» [22].

Выводы

Из содержания рассмотренных в статье источников можно заключить:

1. Синезеленые водоросли Microcystis , Anabaena , Nodularia , Oscillatoria аллелопатически подавляют рост Ch. vulgaris . Выделения синезеленых водорослей (аллелохимикаты) критически повреждают клетки Ch. vulgaris . Не обнаружено исследований, содержание которых указывали бы на способность Ch. vulgaris аллелопатически подавлять синезеленые водоросли. Реклама метода альголизации безосновательно утверждает, что Ch. vulgaris подавляет (ингибирует) и разрушает (лизирует) синезеленые водоросли в водоеме.
2. При раздельном культивировании (в монокультуре) синезеленые водоросли и Ch. vulgaris имеют сопоставимую эффективность извлечения питательных элементов азота и фосфора из воды. Отдельные виды синезеленых водорослей ( Spirulina ) имеют более высокую эффективность. При совместном культивировании (в поликультуре) синезеленые водоросли ( Anabaena ) выигрывают конкуренцию за питательные элементы у Ch. vulgaris . Реклама метода альголизации безосновательно утверждает, что Ch. vulgaris очищает водоем от синезеленых водорослей, выигрывая в водоеме конкуренцию за питательные элементы у синезеленых водорослей.
3. Аллелопатические выделения зеленых водорослей могут подавлять рост клеток Ch. vulgaris . Аллелопатические выделения синезеленых водорослей могут подавлять рост как Ch. vulgaris , так и других видов зеленых водорослей. Реклама метода альголизации безосновательно утверждает, что искусственное добавление в водоем клеток Ch. vulgaris усиливает сообщество зеленых водорослей, помогая очистить водоем от синезеленых водорослей.

Наше исследование на этом не заканчивается. В следующих публикациях мы рассмотрим роль Ch. vulgaris в круговороте азота и фосфора в водоеме, в формировании вредных водорослевых цветений, во вторичном загрязнении водоема питательными элементами азота и фосфора и не менее 10 других заявлений рекламы метода альголизации с точки зрения современной науки.

Литература:

1. Решение XI Съезда Гидробиологического общества при Российской академии наук (22–26 сентября 2014 г.). — URL: https://gboran.ru/wp-content/uploads/2014/12/%D0%A0%D0%B5%D1%88%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5_XI-%D1%81%D1%8A%D0%B5%D0%B7%D0%B4%D0%B0%D0%93%D0%91%D0%9E%D0%A0%D0%90%D0%9D.pdf
2. Impacts of a bacterial algicide on metabolic pathways in Chlorella vulgaris [= Влияние бактериального альгицида на метаболические пути Chlorella vulgaris ] / Q. Lu, X. Zhou, R. Liu [et al.] // Ecotoxicology and Environmental Safety. — 2023. — Vol. 249. — P. 114451. — DOI: 10.1016/j.ecoenv.2022.114451
3. Inderjit, Algal allelopathy [= Аллелопатия микроводорослей] / Inderjit, K. M. M. Dakshini // Botanical Review. — 1994. — Vol. 60, № 2. — P. 182–196. — DOI: 10.1007/BF02856576
4. Effects of toxic cyanobacterium Microcystis aeruginosa on the morphology of green alga Chlorella vulgaris [= Влияние синезеленых водорослей Microcystis aeruginosa на морфологию зеленой водоросли Chlorella vulgaris ] / J. Dong, C. Li, M. Chang [et al.] // Annales de Limnologie — International Journal of Limnology. — 2019. — Vol. 55. — P. 7. — DOI: 10.1051/limn/2019006
5. Żak, A. Allelopathic Influence of Cyanobacteria Microcystis aeruginosa on Green Algae Chlorella vulgaris [= Аллелопатическое влияние синезеленой микроводоросли Microcystic aeruginosa на зеленую водоросль Сhlorella Vulgaris ] / A. Żak, A. Kosakowska // Insights on Environmental Changes. GeoPlanet: Earth and Planetary Sciences / ed. by T. Zielinski [et al.]. — Cham : Springer, 2014. — P. 141–150. — DOI: 10.1007/978-3-319-03683-0_10
6. Leão, P. N. Allelopathic activity of cyanobacteria on green microalgae at low cell densities [= Аллелопатическая активность синезеленых водорослей в отношении зеленых водорослей при низкой плотности клеток] / P. N. Leão, M. T. S. D. Vasconcelos, V. M. Vasconcelos // European Journal of Phycology. — 2009. — Vol. 44, № 3. — P. 347–355. — DOI: 10.1080/09670260802652156
7. Allelopathic activity among Cyanobacteria and microalgae isolated from Florida freshwater habitats [= Аллелопатическая активность синезеленых микроводорослей и зеленых микроводорослей в пресных источниках Флориды] / M. Gantar, J. P. Berry, S. Thomas [et al.] // FEMS Microbiology Ecology. — 2008. — Vol. 64, № 1. — P. 55–64. — DOI: 10.1111/j.1574-6941.2008.00439.x
8. Коррекция альгоценозов с помощью интродукции хлореллы: анализ попыток использования / Т. Е. Павлюк, А. Н. Поповa, О. С. Ушакова [и др.] // Водные ресурсы. — 2023. — Т. 50, № 3. — С. 324–333. — DOI: 10.31857/S0321059623030094
9. Aphanizomenon flos-aquae grown under different nutrient concentrations and the effects of its exudates on growth of two green algae [= Aphanizomenon flos-aquae , выращенная при различных концентрациях питательных элементов, и воздействие внеклеточных выделений на рост двух видов зеленых микроводорослей] / D. R. de Figueiredo, U. M. Azeiteiro, F. Gonçalves, M. J. Pereira // Fresenius environmental bulletin. — 2004. — Vol. 13, № 7. — P. 665–670.
10. Żak, A. Allelopathic activity of the Baltic cyanobacteria against microalgae [= Аллелопатическая активность синезеленых микроводорослей Балтики против микроводорослей] / A. Żak, K. Musiewicz, A. A. Kosakowska // Estuarine Coastal and Shelf Science. — 2012. — Vol. 112. — P. 4–10. — DOI: 10.1016/j.ecss.2011.10.007
11. Śliwiñska, S. Allelopathic effects of the cyanobacteria Nodularia spumigena on green algae Chlorella vulgaris and Oocystis submarina [= Аллелопатическое воздействие синезеленой водоросли Nodularia spumigena на зеленые микроводоросли Chlorella vulgaris и Oocystis submarina ] / S. Śliwiñska , A. Lata. — DOI: 10.17895/ices.pub.25028915
12. Interaction Effects of Temperature, Light, Nutrients, and pH on Growth and Competition of Chlorella vulgaris and Anabaena sp. Strain PCC [= Влияние температуры, света, питательных элементов и pH на рост и конкуренцию штаммов Chlorella vulgaris и Anabaena ] / Shun Long Meng, Xi Chen, Jing Wang [et al.] // Frontiers in Environmental Science. — 2021. — Vol. 9. — P. 690191. — DOI: 10.3389/fenvs.2021.690191
13. The Differential Efficiency of Chlorella vulgaris and Oscillatoria sp. to Treat the Municipal Wastewater [= Дифференциальная эффективность Chlorella vulgaris и Oscillatoria sp. для очистки муниципальных сточных вод] / A. G. Madkour, S. H. Rasheedy, M. A. Dar [et al.] // Journal of Biology, Agriculture and Healthcare. — 2017. — Vol. 7, № 22. — P. 83–94.
14. Comparative Evaluation of Chlorella vulgaris and Anabaena variabilis for Phycoremediation of Polluted River Water: Spotlighting Heavy Metals Detoxification [= Сравнительная оценка Chlorella vulgaris и Anabaena variablis для фикоремедиации загрязненной речной воды: детоксикация тяжелых металлов] / Sh. Ahammed, A. Baten, M. A. Ali [et al.] // Biology (Basel). — 2023. — Vol. 12, № 5. — P. 675. — DOI: 10.3390/biology12050675
15. Comparison Between Chlorella vulgaris and Spirulina platensis in Oxidation Ditch Algae Reactor for Treating Tofu Wastewater [= Сравнение Chlorella vulgaris и Spirulina platensis в оксидационном резервуаре водорослевого реактора для очистки сточной воды от производства тофу] / S. Safrilia, L. Kurniasari, E. N. Hidayah // 5 ^th International Seminar of Research Month 2020. NST Proceedings. — 2021. — Vol. 2021. — P. 1–9. — DOI: 10.11594/nstp.2021.0907
16. Toxic Algae in Inland Waters of the Conterminous United States — A Review and Synthesis [= Токсичные водоросли во внутренних водоемах континентальной части Соединенных Штатов: обзор и обобщение] / R. Patiño, V. G. Christensen, J. L. Graham // Water. — 2023. — Vol. 15. — P. 2808. — DOI: 10.3390/w15152808
17. Ижевский пруд: хлорелла доминирует пока только в умах. — 21.06.2011. — URL: https://newsland.com/post/4193580-izhevskii-prud-khlorella-dominiruet-poka-tolko-v-umakh
18. Allelopathy and competition between Chlorella vulgaris and Pseudokirchneriella subcapitata : Experiments and mathematical model [= Аллелопатия и конкуренция между Chlorella vulgaris и Pseudokirchneriella subcapitat : эксперименты и математическая модель] / P. Fergola, M. Cerasuolo, A. Pollio [et al.] // Ecological Modelling. — 2007. — Vol. 208, iss. 2-4. — P. 205–214. — DOI: 10.1016/j.ecolmodel.2007.05.024
19. Cultivation of Microalgae and Cyanobacteria: Effect of Operating Conditions on Growth and Biomass Composition [= Культивирование микроводорослей и синезеленых водорослей: влияние рабочих условий на рост и состав биомассы] / A. Sánchez-Bayo, V. Morales, R. Rodríguez [et al.] // Molecules. — 2020. — Vol. 25, № 12. — P. 2834. — DOI: 10.3390/molecules25122834
20. Physiological Effects on Coexisting Microalgae of the Allelochemicals Produced by the Bloom-Forming Cyanobacteria Synechococcus sp. and Nodularia Spumigena [= Физиологическое воздействие аллелохимикатов, производимых вызывающими цветение воды синезелеными водорослями Synechococcus sp. и Nodularia Spumigena , на сосуществование микроводорослей] / S. Śliwińska-Wilczewska, A. B. Felpeto, K. Możdżeń [et al.] // Toxins. — 2019. — Vol. 11, № 12. — P. 712. — DOI: 10.3390/toxins11120712
21. К вопросу об альголизации водоемов / Е. А. Бутакова, Т. Е. Павлюк, О. С. Ушакова [и др.] // Водное хозяйство России. — 2013. — № 5. — C. 75–84. — DOI: 10.35567/1999-4508-2013-5-7
22. Impacts of a bacterial algicide on metabolic pathways in Chlorella vulgaris [= Влияние бактериального альгицида на метаболические пути Chlorella vulgaris ] / Qianqian Lu, Xinzhu Zhou, Ruidan Liu [et al.] // Ecotoxicology and Environmental Safety. — 2023. — Vol. 249. — P. 114451. — DOI: 10.1016/j.ecoenv.2022.114451
23. Саймон, М. Операция по альголизации: работе Ростовской АЭС могут помешать сине-зеленые водоросли / М. Саймон // ИА «ДОН 24». — 31.08.2018. — URL: https://don24.ru/rubric/mesta/operaciya-po-algolizacii-rabote-rostovskoy-aes-mogut-pomeshat-sine-zelenye-vodorosli.html