Изучено и проведено сравнение влияние трёх металлов IV группы (титана, циркония и олова) на рост, морфологию и химический состав пресноводных диатомей Synedra acus подвида radians (Kutzing) Skabichevsky с влиянием германия. Эти элементы в своих высших степенях окисления вводились в культуральную среду в форме гидроксидов. Обнаружено, что германий токсичен при >=5 мол. % от общего содержания Ge-Si в культуральной среде. В присутствии других элементов наблюдалось лёгкое снижение скорости деления клеток, независимо от того, какой элемент использовался в пределах 1-15% содержания. Анализ полученной биомассы и кремнистых створок показал присутствие всех добавленных элементов в клетках. Однако, только германий инкорпорировался в створки в значительных количествах. Культивирование S. acus с добавкой 5% элементов IV группы привела к тому, что клетки имели следующие отклонения в структуре кремнистых створок: изменения в форме створок, утолщение створок, изменения рядов ареол, неравномерность или отсутствие ареол и уменьшение механической прочности створок. Более того, воздействие элементов IV группы на формирование кремнезёма было промоделировано in vitro с применением синтетического полимера, имеющего в своём составе полиаминовые и фосфатные группы, обнаруженные в силафинах (белки из панцирей диатомей). Наблюдения показали, что изученные элементы вызывают образование неустойчивых кремнистых частиц в растворе. Мы полагаем, что наблюдаемое влияние германия, титана, циркония и олова на рост и структуру диатомей обусловлено неконтролируемой конденсацией кремнезема в живых клетках.

Рис. 2 Оптические (A, C, E, G, I, K, M, O) и флуоресцентные (B, D, F, H, J, L, N, P) микрофотографии клеток S. acus, культивированных без аналогов кремния (A, B) и в присутствии 5% Ge (C-J), Ti (K, L), Zr (M, N) и Sn (O, P). Флуоресцентный краситель NBD-N2 добавляли при концентрации 0,5 μМ. Клетки культивировались в течение либо 24 ч (A-D, K-P), либо 28 дней (E-J). Метки на изображении (A): Cl - хлоропласты (красная флуоресценция), V - створки родительской клетки и SDV - везикула отложения кремнезёма, в которой формируются новые створки. Масштаб соответствует 10 μм.

Рис. 4. Содержание германия (мол. % в смеси с кремнием) в различных частях клетки до её деления. Области без подписей не содержат германий.

Рис. 5. Микрофотографии (СЭМ) створок S. acus, полученных без других элементов IV группы (A-C) и с добавление 5% титана (D-G), германия (H, I), циркония (J, K) и олова (L-O). Масштаб: 10 μм (A, L) и 1 μм (B-K, M-O)

Рис. 7. Размер частиц (гидродинамический радиус), наблюдаемых в растворе во время конденсации кремниевой кислоты в присутствие сополимера AKX-27 при pH 7. A - только с кремниевой кислотой (Blank (холостой эксперимент) - AKX-27 без кремниевой кислоты), B и C - с добавлением 5% германия и титана, соответственно.