Хлорелла — род , объединяющий около тринадцати видов одноклеточных зеленых водорослей отдела Chlorophyta . Клетки сферической формы, диаметром от 2 до 10 мкм , без жгутиков . Их хлоропласты содержат зеленые фотосинтетические пигменты хлорофилл-а и -b . В идеальных условиях клетки хлореллы размножаются быстро, требуядля размножения только углекислого газа , воды , солнечного света и небольшого количества минералов . [1]
Название хлорелла происходит от греческого χλώρος, chlōros/khloros , 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 хлореллы . В 1961 году Мелвин Кэлвин из Калифорнийского университета получил Нобелевскую премию по химии за исследование путей ассимиляции углекислого газа растениями с помощью хлореллы .
Хлорелла считается источником пищи и энергии, поскольку ее фотосинтетическая эффективность может достигать 8%, [2] что превышает эффективность других высокоэффективных культур, таких как сахарный тростник .
Хлорелла была впервые описана Мартинусом Бейеринком в 1890 году. С тех пор в пределах этого 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 хлореллы «зеленый шар» , по-видимому, является продуктом конвергентной эволюции , а не естественным таксоном. [3] Идентификация хлореллоподобных водорослей только по морфологическим признакам обычно невозможна. [4]
Некоторые штаммы «Хлореллы», используемые в пищу, идентифицированы неправильно или соответствуют родам, которые были отнесены к настоящей хлорелле . Например, Heterochromella luteoviridis обычно известна как Chlorella luteoviridis , что больше не считается действительным названием. [5]
Когда хлорелла была впервые собрана, она была предложена в качестве недорогой белковой добавки к рациону человека. По данным Американского онкологического общества , «имеющиеся научные исследования не подтверждают его эффективность в профилактике или лечении рака или любых других заболеваний у людей». [6]
При определенных условиях выращивания хлорелла дает масла с высоким содержанием полиненасыщенных жиров — Chlorella minutissima дает эйкозапентаеновую кислоту , составляющую 39,9% от общего количества липидов. [7]
После глобальных опасений по поводу неконтролируемого роста численности населения в конце 1940-х и начале 1950-х годов, хлорелла рассматривалась как новый и многообещающий основной источник пищи и как возможное решение нынешнего мирового кризиса голода. Многие люди в то время думали, что голод станет серьезной проблемой, и видели в хлорелле способ положить конец этому кризису, предоставляя большое количество высококачественной еды по относительно низкой цене. [8]
Многие учреждения начали исследовать водоросли, в том числе Институт Карнеги , Фонд Рокфеллера , НИЗ , Калифорнийский университет в Беркли , Комиссию по атомной энергии и Стэнфордский университет . После Второй мировой войны многие европейцы голодали, и многие мальтузианцы объясняли это не только войной, но и неспособностью мира производить достаточно продовольствия для поддержки растущего населения. Согласно отчету ФАО за 1946 год, в 1960 году миру потребуется производить на 25–35% больше продовольствия, чем в 1939 году, чтобы не отставать от растущего населения, а для улучшения здоровья потребуется увеличение на 90–100%. [8] Поскольку производство мяса было дорогостоящим и энергоемким, нехватка белка также была проблемой. Одно только увеличение посевных площадей не позволит обеспечить достаточное питание населения. Министерство сельского хозяйства США подсчитало, что для того, чтобы прокормить население США к 1975 году, ему придется добавить 200 миллионов акров (800 000 км 2 ) земли, но в наличии было только 45 миллионов. Одним из способов борьбы с нехваткой продовольствия в стране было увеличение площади земель, доступных для фермеров, однако американская граница и сельскохозяйственные угодья уже давно исчезли из-за торговли ради расширения и городской жизни. Надежды возлагались исключительно на новую сельскохозяйственную технику и технологии. В связи с этими обстоятельствами потребовалось альтернативное решение.
Чтобы справиться с предстоящим послевоенным демографическим бумом в США и других странах, исследователи решили использовать неразработанные морские ресурсы. Первоначальные испытания, проведенные Стэнфордским исследовательским институтом, показали, что хлорелла (при выращивании в теплых, солнечных и неглубоких условиях) может преобразовывать 20% солнечной энергии в растение, которое в высушенном виде содержит 50% белка. [8] Кроме того, хлорелла содержит жир и витамины. Фотосинтетическая эффективность растения позволяет ему производить больше белка с единицы площади, чем любое другое растение: один ученый предсказал, что 10 000 тонн белка в год можно производить всего с 20 работниками, работающими на ферме хлореллы площадью 1000 акров (4 км 2 ) . [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 того времени и широкого признания, которое она получила от экспертов и ученых, изучавших ее. Исследователи водорослей даже надеялись добавить 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 хлореллы . Science News Letter высоко оценил оптимистичные результаты в статье под названием «Водоросли, чтобы накормить голодающих». Джон Берлью, редактор книги Института Карнеги в Вашингтоне , « Культура водорослей – от лаборатории до пилотного завода », заявил, что «культура водорослей может удовлетворить очень реальную потребность» [9] , которую журнал Science News Letter превратил в «будущие популяции мира». будут спасены от голода за счет производства улучшенных или образованных водорослей, родственных зеленой накипи в прудах». На обложке журнала также была изображена Кембриджская лаборатория Артура Д. Литтла , которая, как предполагалось, была будущей пищевой фабрикой. Несколько лет спустя журнал опубликовал статью под названием «Завтрашний ужин», в которой говорилось: «Учёные не сомневаются в том, что фермы будущего на самом деле будут фабриками». Science Digest также сообщил, что «обыкновенная прудовая пена вскоре станет самой важной сельскохозяйственной культурой в мире». Однако за десятилетия, прошедшие с тех пор, как были сделаны эти заявления, водоросли не выращивались в таких больших масштабах.
Поскольку растущая мировая продовольственная проблема в 1940-х годах была решена за счет повышения урожайности и других достижений в традиционном сельском хозяйстве, хлорелла не вызвала такого общественного и научного интереса, как в 1940-х годах. Хлорелла имеет лишь нишу на рынке для компаний, продвигающих ее в качестве пищевой добавки. [8]
Экспериментальные исследования проводились в лабораториях, а не в полевых условиях, и ученые обнаружили, что производить хлореллу будет гораздо сложнее, чем считалось ранее. На практике выращиваемые водоросли должны быть помещены либо в искусственное освещение , либо в тень, чтобы обеспечить максимальную эффективность фотосинтеза. Кроме того, чтобы хлорелла была такой продуктивной, как того требует мир, ее пришлось бы выращивать в газированной воде , что увеличило бы производственные затраты на миллионы. Для сбора урожая потребовался сложный процесс и дополнительные затраты, а чтобы хлорелла стала жизнеспособным источником пищи, ее клеточные стенки должны были быть измельчены. Растение могло реализовать свой питательный потенциал только в сильно модифицированных искусственных условиях. Другая проблема заключалась в разработке достаточно вкусных пищевых продуктов из хлореллы. [10]
Хотя производство хлореллы выглядело многообещающим и требовало творческих технологий, до сих пор оно не выращивалось в тех масштабах, которые предсказывали некоторые. Он не продавался в масштабах спирулины , соевых продуктов или цельнозерновых продуктов. Затраты оставались высокими, а хлорелла по большей части продавалась как здоровая пища, косметика или корм для животных . [10] После десятилетия экспериментов исследования показали, что после воздействия солнечного света хлорелла улавливает всего 2,5% солнечной энергии, что не намного лучше, чем у обычных сельскохозяйственных культур. [8] В 1960-х годах ученые также обнаружили, что хлорелла не может перевариваться людьми и другими животными в ее естественном состоянии из-за жестких клеточных стенок, инкапсулирующих питательные вещества, что создавало дополнительные проблемы для ее использования в американском производстве продуктов питания. [8]
В 1965 году российский эксперимент CELSS BIOS-3 показал, что 8 м 2 подвергшейся воздействию хлореллы могут удалить углекислый газ и заменить кислород в герметичной среде для одного человека. Водоросли выращивали в чанах при искусственном освещении. [11]
Хлореллу употребляют в качестве пищевой добавки . Производители продуктов с хлореллой ложно утверждают, что она якобы оказывает положительное воздействие на здоровье, [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 любых других заболеваний». болезни у человека». [13] Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США выпустило 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 детоксицировать инсектициды. Cholerella protothecoides ускорила детоксикацию крыс, отравленных хлордеконом, стойким инсектицидом, уменьшив 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.
Исследование 2002 года показало, что клеточные стенки хлореллы содержат липополисахариды — эндотоксины , обнаруженные в грамотрицательных бактериях , которые влияют на иммунную систему и могут вызывать воспаление . [16] [17] [18] Однако более поздние исследования показали, что липополисахариды в организмах, отличных от грамотрицательных бактерий, например, в цианобактериях, значительно отличаются от липополисахаридов в грамотрицательных бактериях. [19]
