Chlorella — род из примерно тринадцати видов одноклеточных зеленых водорослей отдела Chlorophyta . Клетки имеют сферическую форму,диаметром около 2–10 мкм и не имеют жгутиков . Их хлоропласты содержат зеленые фотосинтетические пигменты хлорофилл-a и -b . В идеальных условиях клетки Chlorella быстро размножаются, требуя для размножения только углекислый газ , воду , солнечный свет и небольшое количество минералов . [1]
Название Chlorella происходит от греческого χλώρος, chlōros/khlōros , что означает зеленый, и латинского уменьшительного суффикса ella , что означает маленький. Немецкий биохимик и клеточный физиолог Отто Генрих Варбург , удостоенный Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1931 году за исследования клеточного дыхания , также изучал фотосинтез в Chlorella . В 1961 году Мелвин Кальвин из Калифорнийского университета получил Нобелевскую премию по химии за исследования путей усвоения углекислого газа в растениях с использованием Chlorella .
Хлорелла считается источником пищи и энергии, поскольку ее эффективность фотосинтеза может достигать 8% [2] , что превышает эффективность других высокоэффективных культур, таких как сахарный тростник .
Chlorella была впервые описана Мартинусом Бейеринком в 1890 году. С тех пор в пределах рода было описано более сотни таксонов. Однако биохимические и геномные данные показали, что многие из этих видов не были тесно связаны друг с другом, даже будучи помещенными в отдельный класс Chlorophyceae . Другими словами, форма «зеленого шара» Chlorella , по-видимому, является продуктом конвергентной эволюции , а не естественным таксоном. [3] Идентификация водорослей, подобных Chlorella, на основе только морфологических признаков, как правило, невозможна. [4]
Некоторые штаммы «Chlorella», используемые в пищу, неправильно идентифицированы или соответствуют родам, которые были классифицированы вне настоящей Chlorella . Например, Heterochlorella luteoviridis обычно известна как Chlorella luteoviridis , что больше не считается допустимым названием. [5]
Когда хлорелла была впервые собрана, ее предлагали в качестве недорогой белковой добавки к рациону питания человека. По данным Американского онкологического общества , «доступные научные исследования не подтверждают ее эффективность для профилактики или лечения рака или любого другого заболевания у людей». [6]
При определенных условиях выращивания хлорелла дает масла с высоким содержанием полиненасыщенных жиров — Chlorella minutissima дает эйкозапентаеновую кислоту в количестве 39,9% от общего количества липидов. [7]
После всемирных страхов неконтролируемого роста численности населения в конце 1940-х и начале 1950-х годов хлорелла рассматривалась как новый и многообещающий первичный источник пищи и как возможное решение тогдашнего мирового кризиса голода. Многие люди в то время думали, что голод будет непреодолимой проблемой, и видели в хлорелле способ положить конец этому кризису, предоставляя большие объемы высококачественной пищи по относительно низкой цене. [8]
Многие учреждения начали исследовать водоросли, включая Институт Карнеги , Фонд Рокфеллера , NIH , Калифорнийский университет в Беркли , Комиссию по атомной энергии и Стэнфордский университет . После Второй мировой войны многие европейцы голодали, и многие мальтузианцы приписывали это не только войне, но и неспособности мира производить достаточно продовольствия для поддержки растущего населения. Согласно отчету ФАО за 1946 год , в 1960 году миру нужно было бы производить на 25–35 % больше продовольствия, чем в 1939 году, чтобы поспевать за растущим населением, в то время как для улучшения здоровья потребовалось бы увеличение на 90–100 %. [8] Поскольку производство мяса было дорогостоящим и энергоемким, нехватка белка также была проблемой. Одного лишь увеличения посевных площадей было бы недостаточно для обеспечения населения адекватным питанием. Министерство сельского хозяйства США подсчитало, что для того, чтобы прокормить население США к 1975 году, ему пришлось бы добавить 200 миллионов акров (800 000 км 2 ) земли, но было доступно только 45 миллионов. Одним из способов борьбы с нехваткой продовольствия в стране было увеличение земель, доступных для фермеров, однако американские приграничные и сельскохозяйственные земли уже давно были уничтожены в обмен на расширение и городскую жизнь. Надежды возлагались исключительно на новые сельскохозяйственные методы и технологии. Из-за этих обстоятельств требовалось альтернативное решение.
Чтобы справиться с предстоящим послевоенным ростом населения в Соединенных Штатах и других странах, исследователи решили задействовать неиспользуемые морские ресурсы. Первоначальные испытания, проведенные Стэнфордским исследовательским институтом, показали, что хлорелла (при выращивании в теплых, солнечных, мелководных условиях) может преобразовывать 20% солнечной энергии в растение, которое после высушивания содержит 50% белка. [8] Кроме того, хлорелла содержит жир и витамины. Эффективность фотосинтеза растения позволяет ему производить больше белка на единицу площади, чем любое другое растение — один ученый предсказал, что 10 000 тонн белка в год можно производить всего с 20 рабочими, работающими на ферме по выращиванию хлореллы площадью 1000 акров (4 км2 ) . [8] Пилотное исследование, проведенное в Стэнфорде и других местах, вызвало огромный резонанс со стороны журналистов и газет, но не привело к крупномасштабному производству водорослей. Хлорелла казалась жизнеспособным вариантом из-за технологических достижений в сельском хозяйстве в то время и широкого признания, которое она получила от экспертов и ученых, которые ее изучали. Исследователи водорослей даже надеялись добавлять нейтрализованный порошок хлореллы в обычные пищевые продукты, чтобы обогатить их витаминами и минералами. [8]
Когда были опубликованы предварительные результаты лабораторных исследований, научное сообщество сначала поддержало возможности Chlorella . Science News Letter похвалил оптимистичные результаты в статье под названием «Водоросли, которые накормят голодающих». Джон Берлью, редактор книги Института Карнеги в Вашингтоне « Культура водорослей — от лаборатории до опытного завода », заявил, что «культура водорослей может удовлетворить вполне реальную потребность», [9] которую Science News Letter превратил в «будущее население мира будет спасено от голода за счет производства улучшенных или образованных водорослей, связанных с зеленой пеной на прудах». На обложке журнала также была изображена кембриджская лаборатория Артура Д. Литтла , которая была предполагаемой будущей пищевой фабрикой. Несколько лет спустя журнал опубликовал статью под названием «Завтрашний ужин», в которой говорилось: «Ученые не сомневаются, что фермы будущего на самом деле будут фабриками». Science Digest также сообщал, что «обычная прудовая тина вскоре станет самой важной сельскохозяйственной культурой в мире». Однако за прошедшие с момента этих заявлений десятилетия водоросли так и не стали выращивать в таких больших масштабах.
С тех пор как растущая мировая продовольственная проблема 1940-х годов была решена за счет повышения урожайности и других достижений в традиционном сельском хозяйстве, хлорелла не вызывала такого общественного и научного интереса, как в 1940-х годах. У хлореллы есть только нишевый рынок для компаний, продвигающих ее как пищевую добавку. [8]
Экспериментальные исследования проводились в лабораториях, а не в полевых условиях, и ученые обнаружили, что выращивать хлореллу будет гораздо сложнее, чем считалось ранее. Для практичности выращиваемые водоросли должны были бы быть помещены либо на искусственное освещение , либо в тень, чтобы производить с максимальной эффективностью фотосинтеза. Кроме того, чтобы хлорелла была такой продуктивной, как того требует мир, ее пришлось бы выращивать в газированной воде , что добавило бы миллионы к стоимости производства. Для сбора урожая требовался сложный процесс и дополнительные затраты, а для того, чтобы хлорелла стала жизнеспособным источником пищи, ее клеточные стенки должны были быть измельчены. Растение могло достичь своего пищевого потенциала только в сильно модифицированных искусственных условиях. Еще одной проблемой была разработка достаточно вкусных пищевых продуктов из хлореллы. [10]
Хотя производство хлореллы выглядело многообещающим и включало креативные технологии, до сих пор ее не выращивали в тех масштабах, которые предсказывали некоторые. Она не продавалась в масштабах спирулины , соевых продуктов или цельного зерна. Стоимость оставалась высокой, и хлорелла в основном продавалась как здоровая пища, для косметики или в качестве корма для животных . [10] После десятилетия экспериментов исследования показали, что после воздействия солнечного света хлорелла поглощала всего 2,5% солнечной энергии, не намного лучше, чем обычные культуры. [8] Ученые также обнаружили в 1960-х годах, что хлорелла не может быть переварена людьми и другими животными в ее естественном состоянии из-за жестких клеточных стенок, инкапсулирующих питательные вещества, что представляло дополнительные проблемы для ее использования в американском производстве продуктов питания. [8]
В 1965 году российский эксперимент CELSS BIOS-3 определил, что 8 м 2 открытой хлореллы могут удалять углекислый газ и заменять кислород в герметичной среде для одного человека. Водоросли выращивались в чанах под искусственным освещением. [11]
Хлорелла употребляется в качестве пищевой добавки . Некоторые производители продуктов с хлореллой ложно утверждали, что она приносит пользу для здоровья, [12] включая способность лечить рак, [13] в отношении чего Американское онкологическое общество заявило, что «имеющиеся научные исследования не подтверждают ее эффективность для профилактики или лечения рака или любого другого заболевания у людей». [13] Управление по контролю за продуктами и лекарствами США разослало предупреждающие письма компаниям, производящим добавки, за ложную рекламу пользы для здоровья от употребления продуктов с хлореллой, как, например, одна компания в октябре 2020 года. [14]
Исследования на животных подтверждают способность хлореллы детоксифицировать инсектициды . Chlorella protothecoides ускорила детоксикацию крыс, отравленных хлордеконом , стойким инсектицидом, сократив период полураспада токсина с 40 до 19 дней. [15] Проглоченные водоросли прошли через желудочно-кишечный тракт невредимыми, прервали кишечную рециркуляцию стойкого инсектицида и впоследствии вывели связанный хлордекон с фекалиями.
Хлорелла изучается как возможный растительный источник биологически активного витамина B12 (не аналогов B12 ). Хотя текущие исследования показывают, что она имеет высокое содержание B12 и низкий уровень аналогов, [16] [17] она может широко варьироваться в разных коммерческих продуктах, от <0,1 до 400 мкг на 100 г сухого веса. Среди видов Chlorella содержание B12 намного выше у C. pyrenoidosa, чем у C. vulgaris при выращивании в условиях открытой культуры. [16] [18] Причины столь широких колебаний до сих пор неизвестны. Таким образом, вегетарианцы и веганы , которые потребляют хлореллу в качестве растительного источника витамина B12 , должны проверять маркировку продуктов с хлореллой, чтобы подтвердить их фактическое содержание витамина B12 . [ 19] . Поэтому продукты с хлореллой с высоким содержанием B12 и без неактивных корриноидных соединений подходят для использования в качестве источников B12 у людей, особенно веганов. [20] [21]
Исследование 2002 года показало, что клеточные стенки хлореллы содержат липополисахариды , эндотоксины, обнаруженные в грамотрицательных бактериях , которые влияют на иммунную систему и могут вызывать воспаление . [22] [23] [24] Однако более поздние исследования показали, что липополисахариды в организмах, отличных от грамотрицательных бактерий, например, в цианобактериях, значительно отличаются от липополисахаридов в грамотрицательных бактериях. [25]
