Господин Свещаров
Разкази за съвременната биология (6)

Ще станат ли микроводораслите храна на бъдещето?

Водораслите са майсторско постижение на природата. Тя ги е създала като истински растения, без да имат корени, листа, цветове и плодове. В техните клетки — били те единични или колониални — се съдържа уникалното химично съединение със зелен цвят хлорофил. С негова помощ водораслите под каталитичното действие на слънчевата светлина синтезират в клетите си хранителни вещества, като използуват за суровина въглеродния двуокис, водата и разтворените в нея минерални соли.

Досега биолозите са описали над 30 000 вида водорасли — от микроскопичните едноклетъчни видове до гигантските кафяви водорасли, — чийто хабитус достига понякога десетки метри дължина. Хората са открили ценните им качества много отдавна и ги използуват за най-различни цели. От тях добиват лекарствени вещества, бои, козметични средства, добавят ги към храната на селскостопанските животни и пр. Дори прословутите лястовичи гнезда — любимо лакомство за някои азиатски народи — също са изградени от водорасли.

В последно време специалистите обърнаха голямо внимание на микроскопичните сладководни водорасли най-вече във връзка с увеличаващия се недостиг на белтъци в световен мащаб. Както е известно, преди няколко години големи надежди се възлагаха на разработените методи за получаване на белтъци от дрожди, които използуват като хранителна среда някои петролни деривати. Много скоро обаче тези надежди рухнаха, тъй като бе установено, че петролът съдържа канцерогенни (предизвикващи злокачествени туморни заболявания) съставки. Именно поради това погледите на специалистите отново се обърнаха към микроводораслите. Те практически са неизчерпаем и лесно намиращ се резерв за получаване на белтъци, биологично активни вещества, витамини, етерични съставки и може да се използуват за пречистване на замърсени с отпадъчни органични вещества води. Независимо от микроскопичните си размери те се намират в голямо изобилие и видово разнообразие върху влажни почви и застояли или бавнотечащи водоеми. Когато им бъдат създадени добри условия — продължително осветяване, богата на въглероден двуокис и минерални соли среда и оптимална температура, — те се размножават извънредно бързо и от тях може да се получат значителни количества биомаса. Достатъчно е само да припомним, че КПД на фотосинтезата при висшите растения не надминава 1%, а при микроводораслите той е към 20%.

От микроскопичните сладководни водорасли най-добре проучени са представителите на родовете Хлорела, Спирулина и Сценедезмус. Особено големи надежди се възлагат на хлорелата, която бе наречена житото на бъдещето и космическа храна. Както твърдят диетолозите, това водорасло не отстъпва по хранителност на месото и дори превъзхожда пшеницата. В неговия състав се съдържат всички т.нар. незаменими аминокиселини (които в организма на животните и човека въобще не се синтезират) в количество, близко до количеството им в месото на селскостопанските животни и рибата. Освен това в клетките й има 15 витамина. Така например количеството на каротина (провитамин A) е много по-голямо, отколкото в люцерната, а витамин C има колкото в лимоните!

Биолозите вече са отгледали много продуктивни щамове хлорела. Един от най-перспективните е наречен ТХ–115. Той има задоволително белтъчно съдържание, издържа на по-високи температури и се размножава извънредно бързо. За 24 часа водорасловите клетки на този щам увеличават броя си 8,4 пъти. Това ще рече, че отгледани при подходящи условия, 10 г водорасли в 100 л култура за 24 часа ще увеличат повече от 8 пъти броя на клетките си! Засега не е познато селскостопанско растение, което по възможност за увеличаване на биомасата си поне малко да съперничи с микроводораслите. Освен това белтъчното съдържание на споменатия хлорелен щам е около 50%, а мазнините са 30%. За сравнение можем да кажем, че 100 кг хлорела съответствуват (като белтъчно съдържание!) на близо 230 кг говеждо месо, на 1800 яйца или на 1450 л мляко!

Фиг.9. Снимка на микроводорасли от род Хлорела.

Както показаха изследванията на сътрудници от Института по физическа химия към АН на СССР, хлорелата „демонстрира“ удивително голяма устойчивост спрямо различни неблагоприятни въздействия. Изследователи от този институт си поставили задачата да установят може ли организъм, приспособил се успешно към едно вредно влияние, да противодействува успешно и на друго. Опитите били проведени с щамове хлорела, отделени от непрекъснато облъчвана среда. Оказало се, че хроничното облъчване не е довело до морфологични промени на водорасловите клетки, не е повлияло на клетъчното делене, не е променило количеството на наследствения материал в тях и на броя на автоспорите. След това клетките на хлорелата, които показали висока устойчивост срещу ултравиолетовото облъчване, били последователно подложени на други вредни въздействия — висока температура, високи дози рентгенови лъчи, въздействие с химични реактиви, които много трудно се понасят и отстраняват от организма (например соли на тежките метали и фосфорорганични инсектициди). Опитите показали, че предварително „закалените“ с УВ-лъчи хлорелни щамове най-добре понесли допълнителните въздействия. Специалистите от съветския институт смятат, че съществува пряка зависимост между съпротивителната способност на клетките и концентрацията в тях на свободни радикали и реактивноспособните SH-групи (сулфхидрилните групи) в белтъците. И действително сред няколко близкородствени щама хлорела най-устойчиви се оказали тези, в клетките на които концентрацията на свободните радикали била най-висока. А по-голямата концентрация на свободните радикали се свързва със засилени фотосинтетични процеси на клетката. Предполага се, че в щамовете хлорела, подлагани на периодично облъчване, се извършва своеобразен естествен отбор. Лошо приспособяващите се клетки загиват и остават да съществуват само тези, които проявяват комплексна устойчивост към различните неблагоприятни въздействия. Разбира се, не трябва да се смята, че клетките на хлорелата притежават универсална устойчивост, тъй като все още не са подлагани на всички съществуващи неблагоприятни фактори. Засега може да се смята като твърдо установено, че механизмът на клетъчната им „съпротива“ е свързан с наличието на свободни радикали в клетката. Предполага се също така, че такива високоустойчиви хлорелни щамове могат да служат като превъзходни източници на кислород в затворените изкуствени екосистеми, които предстои да се създадат в подводниците и космическите кораби и станции.

Фиг.10. Снимка на микроводорасли от род Сценедезмус.

Не по-малко перспективна за изкуствено отглеждане се смята и спирулината. Някои учени дори отдават предпочитание на това микроводорасло, защото белтъчното му съдържание надхвърля 65% и освен това издържа на високи температури. Спирулината лесно се събира, тъй като плава по повърхността на водния басейн, където се култивира, докато хлорелата винаги пада на дъното и за събирането й се използуват скъпо струващи центрофуги. Интересно е да се знае, че от незапомнени времена жените от областите край езерото Чад в Африка използуват спирулината за храна. Те събират развиващата се масово в местните блата спирулина в кошници, правят я на питки и ги сушат на слънце. След изследванията, които направи на времето Макс Брандийн, се установи, че спирулината съдържа 10 пъти повече белтъци от житото, 3 пъти повече от говеждото месо и близо 30 пъти повече от картофите. Изсушената водораслова биомаса съдържа до 68% белтъци, 18–20% въглехидрати, 2–3% мазнини и витамините A, B₁, B₂, B₆, B₁₂ и С. Изчислено е, че дневно 100 г. от нея са достатъчни да поддържат възрастен човек в добро състояние.

В България извънредно интересни и плодотворни изследвания върху сладководните микроводорасли се извършват в Научно-производствената лаборатория по алгология при Единния център по биология при БАН. Неин дългогодишен директор е докторът на биологическите науки и ст.н.с. I степен Христо Вълков Дилов. Полупроизводствена база за отглеждане на водораслите е построена в местността Рупите (Петричко-Санданския район). Условията за култивиране на микроводорасли там са изключително благоприятни. Слънчевите дни са повече от 200 годишно, а бликащата наблизо минерална вода има не само необходимия химичен състав и оптимална температура за развитието на водораслите, но е наситена и с достатъчно количество въглероден двуокис. Експерименталното масово отглеждане на микроводораслите започна през 1966 г. и нашите научни работници смятат, че потенциалните възможности на едно бъдещо производство на водораслова биомаса са изключително перспективни. Нашите учени намериха подходящ щам хлорела с добри технологични качества. Изолиран е и един щам от рода Хлорококалес без целулозна обвивка, много перспективен за масово отглеждане. Наскоро нашите специалисти получиха авторско свидетелство за създадените от тях метод и хранителна буферна среда за масово интензивно култивиране на микроводорасли на открито, които са вече внедрени в експерименталната база край Рупите. Новосъздаденият метод позволява микроводораслите да се отглеждат сполучливо и рентабилно във всички райони на страната.

Фиг.11. Снимка на инсталациите в местността Рупите за получаване на водораслова биомаса.

Предвижда се първоначално водораслите да се използуват за добавяне в хранителните дажби на селскостопанските животни. Както показаха опитите на животновъдите от Узбекистан, добавената към храната на животните хлорела спомагала чувствително да се увеличи масата на едрите преживни животни и правела организма им по-невъзприемчив към инфекциозни болести. Много важно е и обстоятелството, че хлорелата може да се отглежда зимно време, когато липсват други зелени витаминозни храни. Басейни за култивиране на хлорела вече са построени в много стопанства в РСФСР, Украйна и другите съюзни републики. През 1976 г. Държавният комитет по планиране на УССР прие предложението на Украинската академия на науките да се построи опитна станция в Кременчугското водохранилище със задача да се преработват 100–200 тона суха водораслова биомаса годишно, от която да се получава аминокиселинен концентрат. Той ще бъде използуван като белтъчна добавка към концентрираните фуражи. В Института по хидробиология при УССР и в Завода за медицински препарати от водораслова биомаса са получени хлорофилкаротинови пасти и етерични масла за козметичната и парфюмерийната промишленост.

Микроводораслите може с успех да се използуват за получаване на хранителна среда, върху която се развиват бактерии. В това отношение икономическото им значение е много голямо, тъй като за същите цели сега се използува месен бульон. В новосъздадената технология за получаване на среда за култивиране на микроорганизми (за нуждите на научноизследователските институти, здравните заведения и микробиологичната промишленост) 1 кг сухи водорасли заместват 18,8 кг месо.

Много наши читатели биха запитали защо такава безспорно ценна храна, каквато е хлорелата, не се използува и от хората? Причината е в това, че нашата храносмилателна система не е в състояние да смели здравата целулозна обвивка на свръхминиатюрните водораслови клетки и те преминават през нея абсолютно непроменени. Затова учените сега се стараят да намерят най-рационалния метод за разграждане на клетъчните обвивки на хлорелата. Насърчителни успехи в това отношение постигнаха чехословашките специалисти. Те подлагат водорасловата биомаса на температурна преработка при налягане 5 атмосфери. От специално построената апаратура излизат „дезинтегрирани“, с разградена обвивка водораслови клетки, които са изгубили миризмата на прясна трева, но са запазили всичките си хранителни съставки и са станали вече лесно усвоими за човешкия организъм. Обработени по този начин, водораслите се добавят към традиционните храни. В град Ческе Будьовице има добре известен ресторант, в който предлагат твърде богато меню от супи, бифтеци и десерти, в състава на които има и микроводорасли. На заинтригуваните и може би малко смутени читатели можем да кажем определено, че в бъдеще микроводораслите няма да бъдат точно храна, а ще подпомогнат изхранването на селскостопанските животни и ще бъдат вероятно включени като добавка към някои храни и за хората.

Нашите специалисти възлагат надежди на микроводораслите и при очистването на отпадъчните води от свиневъдните комплекси. Водораслите използуват много добре разтворените в отпадъчните води минерални соли и въглероден двуокис, и за относително кратко време са в състояние да пречистят замърсените отточни води. Наши специалисти извършват и изследвания, чрез които се стремят да използуват микроводораслите за очистване на дима на електроцентралите от високото съдържание на въглероден двуокис. Ползата от тези изследвания е двойна — от една страна, ще бъде запазена чистотата на въздуха край големите градове и, от друга, това е евтин източник за получаване на биомаса за нуждите на животновъдството.

Последните изследвания върху микроводораслите показаха, че те притежават и значителен лечебен ефект. Чехословашки лекари доказаха, че с тяхна помощ успешно се лекуват някои екземи и кожни инфекции. Други чуждестранни медици са успели да преодолеят състояние на белтъчна недостатъчност у хора, претърпели пътна катастрофа, след като ги хранили с водораслово брашно вместо с традиционните диетични храни. На базата на съдържащите се в микроводораслите биологично активни вещества в Япония успешно се развива алготерапията. Там таблетки от хлорела се използуват като профилактично средство и при лекуване на язви, колити и гастрит.

Отглежданите в полупроизводствената база край Рупите микроводорасли са богати на етеричномаслени съставки. Изследванията върху тях се водят в лабораторията по алгология от ст.н.с. Георги Золотович. Лабораторията е във връзка с базата за развитие и усъвършенствуване „Парфюмерия и козметика“ в Пловдив, където се правят изпитания на етеричномаслените водораслови съставки. Целта е те да се включат в различните тоалетни води, одеколони, парфюми и сапуни. Специалистите от Пловдив са на мнение, че етеричномасленият продукт от водораслите има много приятен и траен аромат, добра разтворимост и ниска летливост, което го прави удобен за приложение в парфюмерийната промишленост. С него вече са разработени образци за 3 вида парфюми и 2 вида одеколони.

Произвежданите в експерименталната база край Рупите микроводорасли се търсят на международния пазар. Нашите възможности за получаване на големи количества суха водораслова биомаса са все още ограничени, но в бъдеще те може значително да се увеличат. Най-голям интерес засега проявяват Чехословакия и Япония, където бяха изнесени известни количества изсушени водорасли. Едно бъдещо засилено производство на водораслова биомаса би донесло ценна за страната ни валута, а научноизследователската работа в областта на микроводораслите безспорно е важен принос в съкровищницата на световната наука.