Анотація до роботи:

Массальський А.-К. Е. Ультраструктурні дослідження водоростей та продуктів їх секреції в розвитку сучасних таксономічних та гідробіологічних концепцій. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук за спеціальністю 03.00.05 - ботаніка. - Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2002.

Дисертація присвячена дослідженню ультраструктурної різноманітності водоростей та розробці на основі цих досліджень ряду концептуальних положень, пов'язаних: а) з перевіркою гіпотези ендосимбіотичного походження мітохондрій та пластид ("поринова" концепція); б) з розробкою мітохондріального підходу в макрофілогенії та таксономії зелених та нитчастих жовтозелених водоростей; в) з дослідженнями походження та ролі колоїдних фібрил у водоймах.

На основі високороздільної електронної мікроскопії встановлено, що пори у прокаріотичній мембрані утворені пориновими тримерами. Кожна пора складається з трьох поринових каналів, що з'єднуються в один канал на внутрішньому боці мембрани. При дослідженні поринових пор розроблено методики, завдяки використанню яких інші дослідники отримали докази подібності порових систем мітохондрій та хлоропластів до порових систем прокаріот.

В ході аналізу мітохондріального апарату водоростей встановлено, що цей підхід в систематиці робить можливим використання ознак, пов'язаних з мітохондріями, для розмежування як мікро-, так і макротаксонів. В ході дослідження морфології мітохондріальних крист виявлено ознаку, яка сьогодні є єдиною діакритичною фенотипічною ознакою, що розмежовує молекулярні клади, які відповідають царствам Tubulocristates та Platycristates: наявність у мітохондріальних крист базальної перетяжки. У представників Platycristates (включаючи Haptophyta), незалежно від типу крист (трубчасті чи пластинчасті), базальної перетяжки немає, у Tubulocristates вона є.

На прикладі зелених водоростей встановлено, що молекулярні системи підтверджуються фенотипними ознаками, отриманими на основі мітохондріального підходу. У Chlorophyta таксономічні ознаки класів, виявлені на основі цього підходу, пов'язані, в першу чергу, зі ступенем асоційованості мітохондрій з іншими органелами (хлоропластом, ядром, пероксисомою, плазмалемою). Ознаки на рівні порядків стосуються переважно форми, положення, кількості та розмірів мітохондрій.

В межах Chlorophyceae та Ulvophyceae мітохондріальний апарат представляє різні модифікації трубчастого мітохондріону, який не асоційований з хлоропластом. У Trebouxiophyceae мітохондрія є елементом пластидно-мітохондріального структурного комплексу. У Siphonophyceae мітохондріальний апарат є елементом пластидно-мітохондріально-ядерного структурного комплексу, де мітохондрії є проміжною структурною ланкою між пластидою та ядром. У Charophyceae (за винятком Charales) та вищих рослин мітохондріальний апарат є елементом хлоропластно-мітохондріально-ядерно-пероксисомного структурного комплексу або модифікаціями цього комплексу. Тенденції, аналогічні до встановлених у зелених водоростей, виявлені у відділі Xanthophyta на прикладі нитчастих представників.

У природній воді при ультраструктурних дослідженнях з використанням спеціальних методик виявлена значна кількість колоїдних фібрил. Встановлено, що більшість таких фібрил є продуктами водоростевого та бактеріального походження. Показано, що водоростеві колоїдні фібрили у водоймах структурують товщу води, і, можливо, у водних екосистемах обумовлюють структурний континуум мікро- та нанобіоти. Сітки, утворені каркасними та клеючими фібрилами, концентрують мікробіоту (бактерії, водорості, віруси, найпростіших) та об'єднують її в єдині структурні комплекси, впливають на гідростатику цих компонентів. Дані, отримані при застосуванні електронної мікроскопії з використанням різних методів фарбування, дозволяють припустити, що колоїдні фібрили (в першу чергу, водоростевого походження) відіграють важливу роль у процесах закріплення та перерозподілу біологічно доступних катіонів.

1. На основі проведених електронно-мікроскопічних досліджень запропоновано та розвинено три концептуальні підходи: а) "пориновий" підхід у тестуванні гіпотези ендосимбіотичного походження мітохондрій та пластид; б) мітохондріальний підхід в макротаксономії евкаріот та таксономії водоростей окремих груп; в) ультраструктурний “фібрилярний” підхід у дослідженні структурно-функціональної ролі водоростей у природних водоймах.

2. Показано, що пори у прокаріотичній мембрані утворені пориновими тримерами. Кожна пора складається з трьох поринових каналів, що з'єднуються в один канал на внутрішньому боці мембрани.

3. При дослідженні поринових пор розроблено методики, завдяки використанню яких інші дослідники отримали докази подібності порових систем мітохондрій та хлоропластів до порових систем прокаріот. Це стало вагомим доказом на користь гіпотези ендосимбіотичного походження евкаріотичної клітини.

4. Встановлено, що мітохондріальний підхід в систематиці має високу інформативність і дозволяє виявити ознаки різної таксономічної ваги. Це робить можливим використання ознак, пов'язаних з мітохондріями, для розмежування як мікро-, так і макротаксонів.

5. На основі мітохондріального підходу вперше запропоновано ознаку, яка, за наявними на сьогодні даними, є єдиною діакритичною фенотипічною ознакою, яка розмежовує великі молекулярні клади, що відповідають царствам Tubulocristates та Platycristates. Ця ознака пов'язана з наявністю або відсутністю у мітохондріальних крист базальної перетяжки. У представників Platycristates (включаючи Haptophyta), незалежно від типу крист (трубчасті чи пластинчасті), базальної перетяжки немає, у Tubulocristates вона є.

6. На прикладі зелених водоростей встановлено, що великі молекулярні клади та побудовані на основі цих клад системи класів і порядків, характеризуються і цілком специфічними планами організації мітохондріального апарату, тобто молекулярні системи підтверджуються фенотипними ознаками, отриманими на основі мітохондріального підходу.

7. У Chlorophyta таксономічні ознаки класів, виявлені на основі мітохондріального підходу, пов'язані, в першу чергу, зі ступенем асоційованості мітохондрій з іншими органелами (хлоропластом, ядром, пероксисомою, плазмалемою). Ознаки на рівні порядків стосуються переважно форми, положення, кількості та розмірів мітохондрій.

8. В межах Chlorophyceae мітохондріальний апарат представляє різні модифікації трубчастого мітохондріону, який не асоційований з хлоропластом. У Trebouxiophyceae мітохондрія є елементом пластидно-мітохондріального структурного комплексу. У вегетативних клітин представників Ulvophyceae мітохондріон розгалужений або сегментований, не асоційований із пластидою, причому більшість профілів концентрується у навколоядерному просторі або прилягає до плазмалеми. У Siphonophyceae мітохондріальний апарат є елементом пластидно-мітохондріально-ядерного структурного комплексу, де мітохондрії є проміжною структурною ланкою між пластидою та ядром. У Charophyceae (за винятком Charales) та вищих рослин мітохондріальний апарат є елементом хлоропластно-мітохондріально-ядерно-пероксисомного структурного комплексу або модифікаціями цього комплексу.

9. Тенденції, аналогічні до встановлених у зелених водоростей, виявлені у відділі Xanthophyta на прикладі нитчастих представників. Проте розмежування таксонів за асоційованістю мітохондрій з іншими органелами у Xanthophyta показано лише на рівні порядків. Зокрема, у молекулярній кладі, що відповідає Tribonematales, мітохондрії асоційовані з CER. У нитчастих представників Mischococcales такої асоційованості немає. Ознаки, пов'язані з формою, положенням, кількістю та розмірами мітохондрій, є специфічними на рівні родин та родів.

10. У фракціях природної води, які за звичайними гідробіологічними методиками ідентифікуються як фракції, що містять лише розчинену органічну речовину, при ультраструктурних дослідженнях із використанням спеціальних методик виявлена значна кількість колоїдних фібрил. Встановлено, що більшість таких фібрил є продуктами водоростевого та бактеріального походження.

11. На прикладі озерних екосистем показано, що водоростеві колоїдні фібрили у водоймах утворюють складні сітки, які вловлюють, концентрують та агрегують водну мікро- та нанобіоту (водорості, бактерії, віруси, дрібних найпростіших), а також мінеральний та біокосний компонент нейсталі, пелагіалі та бенталі. Ці сітки фібрил структурують товщу води, і, можливо, у водних екосистемах обумовлюють структурний континуум мікро- та наннобіоти.

12. Сітки, утворені каркасними та клеючими фібрилами, ймовірно, не тільки концентрують мікробіоту (бактерії, водорості, віруси, найпростіших) та об'єднують її в єдині структурні комплекси, але й впливають на гідростатику цих компонентів, з одного боку, акумулюючи та агрегуючи важкі частки, з іншого - підвищуючи їх плавучість за рахунок тертя. Баланс між цими явищами може бути важливим з точки зору процесів седиментації у водоймах.

13. Дані, отримані при застосуванні електронної мікроскопії з використанням різних методів фарбування, дозволяють з високою долею ймовірності припустити, що колоїдні фібрили (в першу чергу, водоростевого походження) відіграють важливу роль в процесах закріплення та перерозподілу біологічно доступних катіонів.

Публікації автора:

Статті у фахових журналах:

1. Trainor F.R., Massalski A. Ultrastructure of Scenedesmus Strain 614 Bristles. // Can. J. Bot. - 1971 a. – 49. – P. 1273 - 1276.

2. Massalski A., Trainor F. R. Capitate Appendages on Scenedesmus Culture 16 Walls. // J. Phycol.- 1971 b. – 7 (3). – P. 210 - 212.

3. Fagerlind F., Massalski A. The Development of Cell Walls and Intercellulares in the Root ofLemna minor L. // Svensk. Botanisk Tidskrift. – 1974. – 68. – P. 64 -93.

4. Massalski A., Schubert E., Trainor F.R. Wall Ultrastructure of Scenedesmus Culture No 46. // Arch. Microbiol. – 1974. – 96 (1). – P. 145 - 153.

5. Brown D. L., Massalski A., Patenaude R. Organization of the Flagellar Apparatus and Associated Cytoplasmic Microtubules in the Quadriflagellate Alga Polytomella agilis. // J. Cell Biol.- 1976. – 1. – P. 106 - 125.

6. Brown D. L., Leppard G. G., Massalski A. Fine Structure ofEncystment of the Quadriflagellate Alga Polytomella agilis. // Protoplasma. – 1976 b. – 90. – P. 139 - 154.

7. Brown D. L., Massalski A., Leppard G. G. Fine Structure of Excystment of the Polytomella agilis. // Protoplasma. – 1976. – 90. – P. 155-171.

8. Philogene B., Massalski A. Ultrastructural Characteristic of Microsporidian Infecting Tyria Jacobeae. // Can. Entomol. – 1977. – 109 (3). – P. 143 - 147.

9. Leppard G. G., Massalski A., Lean D.R.S. Electron Opaque Microscopic Fibrils in Lakes, Their Biological Derivation and Their Potential Significance in the Redistribution of Cations. // Protoplasma. – 1977 – 92. – P. 289 - 309.

10. Massalski A., Leppard G. G. A Survey of Some Canadian Lakes for the Presence of Ultrastucturally Discrete Particles in the Colloidal Size Range. // J.Fish. Res. Board Canad. – 1979 a. – 36 (8). – P. 906-921.

11. Massalski A., Leppard G. G. A Morphological Examination of Fibrillar Colloids Associated With Algae and Bacteria in Lakes. // J. Fish. Res. Board Canad. – 1979 b. – 36 (8). – P. 922 - 938.

12. Ramamoorthy S., Massalski A. Analysis of Structure - Localized Mercury in Ottawa River Sediments by Scanning Electron Microscopy/Energy-Dispersive X-ray Microanalysis Technique. // Environmental Geology. – 1979. – 2 (6). – P. 351 - 357.

13. Massalski A., Laube V.M., Kushner D. J. Effects of Cadmium and Copper on the Ultrastructure of Ankistrodesmus braunii and Anabaenu 7120 // Microb. Ecol. – 1981 b. – 7. P. 183-193.

14. Moody R.P., Weinberger P., Greenhaigh A., Massalski A. Algicidal properties of the pesticide cosolvent Aerotex 3470: growth, ATP synthesis, and ultrastructure // Can. J. Bot. – 1981. – 59. - P. 1003 - 1013.

15. Dorset D.L., Engel A., Haner M., Massalski A., Rosenbusch J.P. Two-dimensional Crystal Packing of Matrix Porin. A Channel Forming Protein in Escherichm coil Outer Membranes. // J. Mol. Biol. - 1983. – 165. – P. 701 - 710.

16. Engel A., Massalski A. 3D Reconstruction from Electron Micrographs: Its Potential and Practical Limitations. // Ultramicroscopy, 1984. – 13. – P. 71 - 83.

17. Dorset D.L., Engel A., Massalski A., Rosenbusch J.P. Three Dimensional Structure of a Membrane Pore: Electron Microscopical Analysis of Eschenchia coli Outer Membrane Matrix Porin. // Biophysical Journal. - 1984. – 45. – P. 128 - 129.

18. Engel A., Massalski A., Schindler H., Dorset D.L., Rosenbusch, J. P. -Porin Channel triplets merge into Single outlets in Escherichia coli Outer membranes. // Nature. - 1985. – 317 (6043). – P. 643 - 645.

19. Dorset D.L., Massalski A, Fryer J. R. Interpretation of Lamellar Electron Diffraction Data from Phospholipids. // Z. Natur. – 1987. – 42. – P. 381 - 391.

20. Dorset D. L., Massalski A. Co-Solubility in Binary Phospholipki Crystals. // Biochirnica et Biophyscia Acta. – 1987 b. – 903. – P. 319 - 332.

21. Dorset D.L., Massalski A., Rosenbusch J.P. In-Plane Transition of an integral membrane Protein Nucleation of the OmpF Matrix Porin Rectangular Polymorph. // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. - 1989. – 86. - P. 6143 - 6147.

22. Sass H.J., Buldt G., Beckmann E., Zemlin F., van Heel M., Zeitler E., Rosenbusch J.P., Dorset D.L., Massalski A. Densely Packed P-Structure at the Protein-Lipid Interface of Porin is Revealed by High-resolution Cryo-electron Microscopy. // J. Mol. Biol. - 1989. – 209. – P. 171-175.

23. Massalski A., Beckmann E., Zemlin F., Sass H.J. Cryoelectron Microscopy of Porin Stained with Uranyl Acetate and a Mixture of Glucose/Uranyl Acetate. // Endocytobiosis & Cell Res.- 1991. – 8. – P. 17-31.

24. Czerwik J., Massalski A. Navicula placenta (Bacillariophyceae) and accompanying diatoms from G. Swietokrzyskie in Central Poland // Frag. F. Geobot. - 1994. – 39 (2). – P. 527-530.

25. Massalski A., Mrozinska T., Olech M. Ultrastructure of Lobosphaera reniformis (Watanabe) Komarek et Fott (= Chlorellales) from King George Island. South Shetland Islands, Antarctica. // Acta Soc. Botan. Poloniae. - 1994. – 63 (2). – P. 205 - 210.

26. Massalski A., Mrozinska T., Olech M. Lobococcus irregularis (Boye-Pet.)Reisigl. var. antarcticus var. nov. (Chlorellales, Chlorophyta) from King George Island, South Shetland Islands, Antarctica and its Ultrastructure. // Nova Hedwigia. – 1995. - 61. – P. 199-206.

27. Mrozinska T., Massalski A., Olech M. Algae of ponds and a stream on moraines of Ecology Glacier (King George Island, South Shetland Island, Antarctica). // Nova Hedvigia. – 1998 a. – 67 (1-2). – P. 169 - 188.

28. Mroziuska T., Olech M., Massalski A. Cysts of Chrysophyceae from King George Island (South Shetland Island, Antarctica). // Pol. Polar Res. – 1998 b.- 19 (3-4). – P. 205-210.

29. Massalski A., Mrozinska T., Olech M. Ultrastructures of Antarctica algae. Pseudosiderocelopsis antarctica gen et sp. nov. (Chlorophyta). // Algological Studies. – 1999 a. - 92. – P. 1-10.

30. Massalski A., Mrozinska T., Olech M. Ultrastructure of selected Cyanophyta/Cyanobacteria from King George Island, Antarctica. // Algological Studies. – 1999 b. - 94.- P. 249 - 259.

31. Massalski A., Mrozinska T., Olech M. Ultrastructural observations on five pioneer soil algae from ice denuded areas (King George Island, West Antarctica). // Polar Biosci. - 2001. – 14. – P. 61 - 70.

32. Olech M., Massalski A. Plant colonization and Community Development on the Sphinx Glacier Forefield. // Folia Fac. Sci. Nat. Univ. Masarykianae Brunensis Geographia. - 2001. – 256. – P. 111-119.

Публікації, що додатково відображують тему дисертації:

33. Sass H.J., Massalski A., Beckmann F., Buldt G., Dorset D.L., van Heel M., Rosenbusch J.P., Zeitler E., Zemlin F. Hight-resolution cryo-microscopy of porin (OmpF). // Proc. 46^th Annual EMSA Meeting / ed. Bailey G.W. – 1988. – San Francisco Press, San Francisco. – P. 146-147.

34. Massalski A., Mrozinska T., Olech M. Algae grown from the soil of the Antarctic glacial moraines King George Island, South Shetlands, Antarctica. // Antarctic Communities: Species, Structure and Survival. Abstracts. - SCAR Sixth Biology Symposium. - 1994. - Venice. – P. 176.

35. Mrozinska T., Olech M., Massalski A. Aerofityczne glony Antarktyki. // Mat. Konf. Konferencja poswiecona pamieci Prof. Z. Czeppego. Krakow 21 maja 1994 (Srodowisko Przyrodnicze Ziemi Poludniowego Przyladka na Spitsbergenie). – 1994. - Krakow.

36. Olech M., Mrozinska T., Massalski A. Kolonizacja glonow na morenach Lodowca Ekologii (Wyspa Krola Jerzego, Poludniowe Szetlandy, Antarktyka). // Mat. Konf. i Sympozjow 50 Zjazdu PTB /Red.: Z. Mirek, J.J. Wojcicki. - 1995. – Krakow. – P. 291.

37. Olech M., Massalski A. & Mrozinska T. Zielenice wystepujace w poblizu elektrowni na terenie Stacji im. H. Arctowskiego (Antarktyka). // XV Sympozjum Fykologiczne. – 1996. – Lublin. – P. 30.

38. Massalski A., Mrozinska T. & Olech M. Zielenice wystepujace w poblizu elektrowni na terenie Stacji im. H. Arctowskiego (Antarktyka). // Materialy XV Sympozjum Fykologicznego. - 1996. – Lublin - Krasnobrod – Zwierzyniec. – P. 30.

39. Massalski A., Mrozinska T., Olech M. Chlorophyceae occurring in the vicinity of power plant at the Henryk Arctowski Station (Antarctica) // Proceedings of the International Workshop "Antarctic Research on Taxonomy and Ecology of Algae. Cracow 1-3.10.1996 / ed. M. Olech. – 1996. - Krakow. - P. 13.

40. Massalski A., Mrozinska T., Olech M. Aerophytic algae of Antarctica. // Proceedings of the International Workshop "Antarctic Research on Taxonomy and Ecology of Algae. Cracow 1-3.10.1996. / ed. M. Olech. – 1996. – Krakow. – P. 12.

41. Mrozinska T., Olech M., Massalski A. Algae of pond and a stream on moraines of Ecology glacier (King George Island, South Shetlands, Antarctica. // Proceedings of the International Workshop "Antarctic Research on Taxonomy and Ecology of Algae. Cracow 1-3.10.1996. / ed. M. Olech. - 1996. – Krakow. – P. 14.

42. Mrozinska T., Massalski A., Olech M. Algae occuring in the vicinity of power plant at H, Arctowski Station, King George Island, Antarctica. // Abstracts Sixth International Phycological Congress. - 1997. - Leiden (Holandia). - P. 70.

43. Massalski A., Olech M. Submikroskopowa budowa wybranych glonow Antarktyki. // Rzezba, wspolczesne procesy morfogenetyczne i problemy zmian srodowiska obszarow polarnych. - 1997. – Lublin. – P. 39.

44. Massalski A., Olech M. 1997. Ultrastruktury wybranych zielenic, Wyspa Krola Jerzego, Antarktyka. // Przyczyny i skutki zakwitow sinic i glonow, 16 Sympozjum Sekcji Fykologicznej Polskiego Towarzystwa Botanicznego. – 1997. - Kaszuby, Wdzydze Kiszewskie. – P. 49.

45. Massalski A., Mrozinska T., Olech M. 1998. Interesting soil Algae from West Antarctica. // Vll SCAR International Biology Symposium, New Zealand, 1998. - Natural Sciences , Supplement (Abstracts). – 1998. – 23. – P. 121.

46. Mrozinska T., Massalski A., Olech M. Ultrastructure of Cyanophyta from King George Island, Antarctica. // 14th Symposium of the International Association for Cyanophyte Research (IAC), 17-23 August, 1998. Lammi Biological Station. – 1998. - University of Helsinki, Finland.

47. Massalski A., Mrozinska T., Olech M. 1998. Ultrastruktury glonow i sinic z Wyspy Krola Jerzego, Antarktyka. // XVII Miedzynarodowe Symposium Fykologiczne, Glony jako bioindykatory cech srodowiska ze szczegolnym uwzglednieniem Estuarium Odry. 1998. - Szczecin-Lukecin.

48. Olech M., Mrozinska T., Massalski A. Algae of South Shetland Islands (West Antarctica) // IV Zjazd Geomorfologow Polskich, UMCS. – Lublin, 1998.

49. Massalski A., Mrozinska T., Olech M. Electron microscopical studies on Antarctic algae and Cyanophyta. // Abstracts of XXII Symposium on Polar Biology. - 1999. – Tokyo. – P. 65.

50. Olech M., Massalski A. Plant colonization and community development on the Sphinx glacier forefields. // Abstract of Papers, Symposium Ecology of Antarctic Coastal Oasis. 21-24 September, Czech Republic, South Moravia. - 1999. – Valtice. – P. 17.

51. Olech M, & Massalski A, 2001. Plant vegetation development along colonization gradient on glacier moraines (Maritime Antarctica). // VII SCAR International Biology Symposium "Antarctic Biology in a Global Conyext". – 2001. - Vrije Universiteit, Amsterdam.