Сезонная динамика фототрофных серных бактерий и их роль как палео-индикатора наличия сероводорода в меромиктических озерах Хакасии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.10, кандидат биологических наук Зыков, Владимир Викторович

• Зыков, Владимир Викторович
• кандидат биологических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Зыков, Владимир Викторович

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Глава 1. Фототрофные серные бактерии в стратифицированных озерах (обзор

литературы)

1.1 Меромиктические озера

1.2 Фототрофные серные бактерии

1.3 Экология микробных сообществ в стратифицированных водоемах

1.4 Разнообразие стратифицированных водоемов

1.5 Седиментация биологического материала

1.6 Фототрофные организмы как палео-индикаторы

1.7 Заключение

Глава 2. Объекты и основные методы исследования

35

2.1. Описание озер

2.2 Отбор проб

2.3 Физико-химические характеристики

41

2.4 Численности микроорганизмов

2.5 Анализ хлорофиллов и бактериохлорофиллов

Глава 3. Анализ пигментного состава фототрофных серных бактерий в озерах

Шира и Шунет

3.1 Культивирование бактерий

3.2 Методика флуоресцентного анализа

3.3 Результаты и обсуждение

3.3.1 Пигментный состав чистых культур фототрофных серных бактерий

3.3.2 Пигментный состав в анаэробной зоне озера Шира

3.3.3 Пигментный состав в анаэробной зоне озера Шунет

3.3.4 Оценка численности пурпурных серных бактерий по концентрации

57

бактериохлорофилла а

3.3.5 Флуоресцентный анализ пурпурных серных бактерий

3.4 Заключение

Глава 4. Сезонная динамика фототрофных серных бактерий в озерах Шира и

Шунет

4.1 Вертикальная структура оз. Шира

4.2 Динамика численности ПСБ в оз. Шира

4.3 Вертикальная структура оз. Шунет

4.4 Динамика численностей ПСБ и ЗСБ в оз. Шунет

4.5 Сравнительный анализ условий обитания аноксигенных фототрофных

бактерий в озерах Шира и Шунет

4.6 Оценка доли подледной продукции фотосинтеза в хемоклине обоих озер

4.7 Оценка скоростей оседания пурпурных серных бактерий

4.8 Эффект самозатенения в плотной популяции ПСБ в хемоклине оз.Шунет

4.9 Анализ причин аномально высокой численности ПСБ в оз.Шунет

105

4.10 Заключение

Глава 5. Анализ каротиноидов в озерах Шира и Шунет

5.1 Отбор и характеристика кернов донных отложений

110

5.2 Датировка донных отложении

5.3 Экстракция каротиноидов из донных отложений и культур

микроорганизмов

5.4 Очистка окенона, используемого в качестве стандарта

5.5 Хроматографический анализ каротиноидов

центраций

5.6 Идентификация каротиноидов и оценка концентраций

5.7 Результаты и обсуждение

5.7.1 Характеристика каротиноидов, выявленных в озерах Шира и Шунет

5.7.2 Каротиноиды в водной толще озера Шира

5.7.3 Каротиноиды в водной толще озера Шунет

5.7.4 Анализ каротиноидов в донных отложениях озера Шира

127

5.8 Заключение

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Сезонная динамика фототрофных серных бактерий и их роль как палео-индикатора наличия сероводорода в меромиктических озерах Хакасии»

Введение

Фототрофные серные бактерии используют свет в качестве источника

энергии, и восстановленные соединения серы в качестве источника электронов

для фотосинтеза. Массовые скопления фототрофных серных бактерий

наблюдаются в тех местах, где свет достигает содержащих сероводород слоев

воды в глубине стратифицированных водоемов или на поверхности донных

отложений (Горленко и др., 1977). В водной толще стратифицированных

водоемов фототрофные серные бактерии часто формируют «бактериальные

слои» воды пурпурного, розового, зеленого или коричневого цветов, видимые

невооруженным глазом. Несмотря на то, что экофизиология фототрофных

серных бактерий достаточно хорошо изучена во множестве пресных и соленых

водоемов (Горленко и др., 1977; van Gemerden, Mas, 1995; Overmann J., 1991;

Overmann, van Gemerden, 2000), их роль в этих экосистемах до сих пор остается

не до конца понятной. Вероятно, в качестве компонентов экосистем

фототрофные серные бактерии наиболее значимы в меромиктических

водоемах. Именно в таких водоемах, благодаря постоянному присутствию

сероводорода в глубинных слоях воды, наблюдаются наибольшие скопления

этих микроорганизмов, часто сохраняющиеся и в подледный период (Overmann

J., 1997; Rogozin et al., 2009). На территории Сибири до настоящего времени

описаны лишь три меромиктических водоема - озера Шира и Шунет,

расположенные в Хакасии, и озеро Доронинское, расположенное в

Забайкальском крае (Parnachev, Degermendzhy, 2002; Zamana, Borzenko, 2007).

Озера Шира и Шунет расположены в одной местности, на расстоянии 7 км друг

от друга, и имеют сходный качественный состав растворенных солей, однако

существенно различаются по морфометрическим характеристикам, что в свою

очередь, порождает различия по условиям обитания в зонах хемоклина. В

обоих водоемах в зоне хемоклина наблюдается массовое развитие

фототрофных серных бактерий (Попова, 1946; Рогозин и др., 2005; Лунина и

др., 2007а, б; Rogozin et al., 2009). Было показано, что в обоих озерах

4

доминируют пурпурные серные бактерии, родственные Lamprocystis pupurea (Chromatiaceae) (Лунина и др., 2007а, б; Рогозин и др., 2010), формируя массовые скопления, которые представляют интерес как компоненты экосистем, своего рода «визитная карточка» меромиктических водоемов.

Важнейшей задачей современного естествознания является прогнозирование изменений в глобальном цикле углерода, определяющем изменения биосферы и условий существования в ней человека. Для этого необходима оценка вклада отдельных экосистем в потоки и резервуары углерода и биогенных элементов. В меромиктических водоемах наличие постоянной стратификации создает «ловушку» для биогенных элементов в анаэробной зоне, что ограничивает продукцию фитопланктона в верхней части фотической зоны (Melack, Jellison, 1998). Поэтому круговорот углерода в меромиктических водоемах отличается от такового в обычных водоемах умеренной зоны (Заварзин, 2004), что делает актуальным разработку прогнозных моделей, описывающих динамику основных потоков и резервуаров углерода, фосфора, азота, серы и пр., в зависимости от характера стратификации водоема. Особенно актуальна такая задача для крупных меромиктических водоемов, таких как Черное море, являющееся крупнейшим анаэробным резервуаром в мире (Overmann, Manske, 2006). Для разработки и верификации прогнозных моделей требуются натурные данные о пространственной динамике основных компонентов их экосистем. Фототрофные серные бактерии являются важным компонентом экосистем стратифицированных водоемов, поэтому выявление и анализ многолетних сезонных динамик данной группы бактерий представляет собой актуальную задачу.

В настоящее время большое число исследований во всем мире посвящено реконструкциям палео-климата по донным отложениям (Grachev et

al, 1998; Goldberg et al., 2000; Mackay, 2007). Информация о прошлых вариациях климата, полученная из различных естественных «архивов»,

чрезвычайно актуальна, поскольку является необходимым элементом прогноза будущих глобальных изменений.

Озерные экосистемы реагируют на различные изменения окружающей среды, что отражается в изменениях биологических, физических и химических характеристик донных отложений. Во множестве работ показано, что ненарушенные последовательности слоев донных отложений являются хорошими «архивами» состояния водоема, и, следовательно, могут быть использованы для хронологической реконструкции климатических сценариев, вызвавших изменения в экосистеме озера (Overmann et al., 1993; Schmidt et al., 2002; Mackay, 2007; Tylmann et al., 2012). Молекулярные остатки анаэробных фототрофных организмов, такие как каротиноиды, бактериохлорофиллы и их производные (фео-пигменты), а также ДНК, могут сохраняться в донных отложениях озер в течение многих лет, и служить индикаторами анаэробных условий в фотической зоне озера в тот или иной период его истории (Overmann

et al., 1993).

Реконструкции климатических изменений, происходивших в прошлом без явного антропогенного влияния, позволяют определить некий базовый, фоновый диапазон вариаций климата в данной местности, и, следовательно, дают ценную информацию для прогноза возможных будущих изменений.

Наиболее ценными архивами являются донные отложения с выраженной сезонной слоистостью, которая формируется в виде горизонтальных годичных слоев («варв») и позволяет делать реконструкции с годичным разрешением. Именно такая слоистость характерна для отложений замерзающих водоемов умеренной зоны, в которых теплый и холодный периоды резко различаются по продукции органики, условиям осаждения минеральных компонент и пр. (Tylmann et al., 2012). Слоистая структура донных отложений наилучшим образом сохраняется в меромиктических озерах, поскольку придонные слои воды в них изолированы от турбулентных и конвективных процессов, происходящих в поверхностных слоях. Кроме того, постоянный анаэробиоз и

высокие концентрации сероводорода в придонных водах препятствуют деятельности бентосных беспозвоночных, т.е. отсутствует биотурбация, следовательно - первоначальная последовательность отложений сохраняется ненарушенной (Оуегтапп е1 а1., 1993).

Для бессточных озер, расположенных в полу-аридных климатических зонах, характерны значительные изменения уровня воды в зависимости от баланса осадков и испарения в данной местности, если нет антропогенных стоков-притоков. В полу-аридной зоне Северной части Минусинской котловины (Хакасия) озера испытывали значительные изменения уровня на протяжении последнего столетия. В частности, в 1910-30-е гг. наблюдалось резкое усыхание озера Шира до минимального уровня, сменившееся резким подъемом до почти современного уровня. Минимальный зарегистрированный уровень был на 7 метров ниже современного (1926 г) (Кусковский, Кривошеев, 1989). Минерализация озера менялась в обратной зависимости от объема воды, и при минимуме уровня составляла около 27 г л"1 (Кусковский, Кривошеев, 1989; Яс^огт ег а1., 2010). Аналогичные синхронные изменения уровней испытывали все озера данного региона (Природные воды..., 2003). Резкие изменения уровня озер в начале прошлого века коррелируют с изменением годового количества атмосферных осадков в данной местности (Кусковский, Кривошеев, 1989). Таким образом, хронология колебаний воды в озерах отражает хронологию сухих и влажных периодов в данной местности, и при наличии соответствующих маркерных характеристик может быть реконструирована по донным отложениям. В солоноватом озере Шира (Сибирь, Хакасия) была обнаружена годично-слоистая структура донных отложений

(Вологина и др., 2005; Калугин и др., 2010).

Изменения уровня воды могут сильно влиять на экосистему озера. Так, минерализованные водоемы могут менять режим сезонной циркуляции в зависимости от уровня воды. А именно - при относительно низком уровне воды озеро является голомиктическим, т.е. подвергается полному перемешиванию от

поверхности до дна один или два раза в год (весной и/или осенью). При повышении уровня воды озеро становится меромиктическим, т.е. весеннее и осеннее перемешивания захватывают только верхние слои озера (миксолимнион), в то время как придонные слои (монимолимнион) остаются в глубине и не соприкасаются с поверхностью. В монимолимнионе развивается анаэробиоз и, как правило, накапливается сероводород. Такие переходы из голомиктического состояния в меромиктическое и обратно описаны для ряда озер в разных частях мира (Hammer, 1994; Melack, Jellison, 1998). Кроме того, при снижении уровня, а следовательно, объема воды в озере, происходит увеличение солености и наоборот, что отражается на составе биоты и

осадочного материала.

Фотосинтетические пигменты (хлорофиллы и их деградировавшие производные - феофитины и феофорбиды), а так же каротиноиды, захороненные в донных отложениях водоемов, являются продуктами фототрофных организмов, населявших данный водоем в прошлом (Leavitt, 1993; Overmann et al.,1993; Hodgson et al., 1998). В процессе седиментации пигменты скапливаются в донных отложениях вместе с отмершими клетками, пеллетами зоопланктона, остатками растительности и пр., и сохраняются на протяжении сотен и тысяч лет благодаря отсутствию света, низкой температуре и отсутствию кислорода (Leavitt, 1993). Поэтому вертикальное распределение и качественный состав пигментов в слоях донных отложений могут служить индикаторами видового состава, биомассы и величины продукции фототрофных организмов в соответствующие периоды истории данного водоема. В свою очередь, изменения видового состава и продукционных характеристик служат индикаторами изменений условий обитания

фототрофных организмов.

Очевидно, что изучение лимнологической истории озер является ценным вкладом в решение задачи реконструкции палео-климата. В частности, применительно к региону Минусинской котловины (Южная Сибирь, Хакасия)

актуально изучение лимнологической истории озера Шира, для чего необходимо изучить его современное состояние, выявить потенциальные биоиндикаторы, и выявить их наличие в датированных слоях донных отложений.

Таким образом, основная цель настоящей работы:

Исследовать закономерности сезонной динамики фототрофных серных бактерий в озерах Шира и Шунет и оценить возможность использования каротиноидов, захороненных в донных отложениях озера Шира, в качестве индикаторов наличия сероводорода в водной толще озера в прошлом. Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Выявить вертикальные распределения фототрофных серных бактерий и сопоставить их с температурой и освещенностью в хемоклине озер Шира и Шунет в различные сезоны, включая подледные периоды, на протяжении нескольких лет;

2. Оценить долю подледного периода в суммарной годовой продукции фототрофных серных бактерий в обоих озерах;

3. Оценить скорости оседания пурпурных серных бактерий в исследуемых озерах;

4. Исследовать спектр флуоресценции пигментного комплекса чистой культуры пурпурных серных бактерий и оценить применимость флуоресцентного метода к оценке концентраций пурпурных серных

бактерий в озере Шира;

5. Выявить состав и вертикальные распределения каротиноидов в донных отложениях озера Шира, по распределению каротиноидов фототрофных серных бактерий (окенона) в донных отложениях оценить присутствие сероводорода в фотической зоне озера в прошлом.

Положения, выносимые на защиту:

1. Вертикальные распределения и численности фототрофных серных бактерий в меромиктических озерах Хакасии определяются распределением физико-химических характеристик водной толщи и уровнем освещенности в зоне хемоклина. В озере Шира в подледный период условия для роста пурпурных серных бактерий могут быть благоприятными.

2. Наличие каротиноида окенона в донных отложениях озера Шира различного возраста свидетельствует о присутствии пурпурных серных

бактерий в озере в соответствующие периоды, что указывает на присутствие сероводорода в фотической зоне озера. Окенон может служить палео-индикатором стратифицированных состояний озера, характеризующихся наличием сероводорода в фотической зоне.

Апробация работы и публикации Материалы работы были представлены в виде докладов на 3-м Байкальском Микробиологическом Симпозиуме с международным участием (BSM-2011) (Иркутск, 2011 г), 31-м Конгрессе Международного Лимнологического Общества (SIL), (г. Кейптаун, ЮАР, 2010 г.), на 10-м съезде Гидробиологического общества при РАН, (г. Владивосток, 2009 г), на научной конференции «Современное состояние водных биоресурсов», посвященной 70-летию С.М. Коновалова, (г. Владивосток, 2008 г), а также на пяти конференциях студентов и молодых ученых.

Результаты работы представлены в 15-ти печатных работах, из которых 3 статьи опубликованы в рецензируемых журналах, одна статья принята к публикации в рецензируемом журнале, 11 материалов конференций и тезисов.

Структура работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов и списка литературы. Работа изложена на 145 страницах, содержит 36 рисунков и 9 таблиц. Библиография насчитывает 136 источника, из них 32 русский и 104 иностранных.

В работе принята двойная нумерация рисунков и таблиц. Первая цифра соответствует номеру главы, вторая - порядковому номеру рисунка или таблицы внутри главы. Нумерация формул сквозная.

Глава 1. Фототрофные серные бактерии в стратифицированных озерах (обзор литературы)

1.1 Меромиктические озера

Существует несколько общепринятых систем типологии водоемов. Для классификации водоемов по их трофии Тинеманн (Tinemann) и Науманн (Naumann) предложили разделять их по нескольким параметрам, а именно -динамика кислорода в гиполимнионе в период температурной стратификации, наличие индикаторных организмов и по интенсивности развития фитопланктона. В соответствии с этой классификацией озера богатые биогенными элементами, с дефицитом кислорода в гиполимнионе и обильным развитием фитопланктона называются эфтрофными, бедные олиготрофными, содержащие же большое количество темноокрашенных органических веществ отнесли к дистрофному типу. На данный момент данную терминологию в основном применяют для самого общего описания озер (Горленко и др., 1977). Позднее Исимура (Yoshimura) дополнил эту классификацию другими факторами, таких как буферная емкость воды, кислотность (и ее колебания в течение года), плотность микроорганизмов и т.д. (Кузнецов, 1970). Но если рассматривать экосистему озер во всей совокупности его процессов, то один из самых важных критериев, по которому можно различать водоемы - их гидрологический режим, учитывающий сезонную динамику водных масс озер (Hutchinson, 1957).

Все озера характеризуются вертикальной структурой их физико-

химических параметров, а именно - температура, соленость, редокс-потенциал,

pH, плотность и т.д. (в зависимости от постановки проблемы) и их

распределение в толще воды. Динамику изменения этой структуры, так же как

и характер экосистемы водоема во многом определяется его гидрологическим

режимом, зависящим от географического положения климатических условий,

физико-химических характеристик водной толщи. Главным источником

11

динамики водной толщи являются сезонные изменения, и следовательно водоемы следует классифицировать по сезонной динамике водных слоев. Таким образом, озера можно разделить на несколько больших типов: голомиктические, в которых водная толща осуществляет полное перемешивание в течение года, эти озера в свою очередь делятся на те, которые перемешиваются один, два раз в год (весной и осенью), перемешиваемые в течение всего года), и меромиктические - водоемы, которые постоянно разделены на две части - верхний перемешиваемый миксолимнион и нижний не перемешиваемый монимолимнион (в нем нередко образуются анаэробные условия) (Hutchinson, 1957; Boehrer, Schultze, 2008). Кроме того, существуют эпизодически наполняемые озера (в силу различных причин), которые обычно полностью перемешиваемы, но на время приобретают стратификацию, и амиктические - этот редкий тип озер, в котором практически отсутствует сезонное перемешивание, которые можно обнаружить, либо в зонах с постоянно теплым климатом, либо в арктических подледных озерах (Boehrer,

Schultze, 2008).

Меромиктические озера постоянно разделены на два отдела - верхний аэробный миксолимнион и нижний анаэробный, более плотный монимолимнион, подобная стратификация появляется в случае, если распределение слоев воды различной плотности складывается таким образом, что сезонные и случайные возмущения в озере недостаточны, чтобы вызвать полное перемешивание в течение всех сезонов (Boehrer, Schultze, 2008; Кузнецов, 1970). Граница раздела между этими двумя зонами, как правило, обозначается хемоклином - зоной водной толщи с резким градиентом солености и прочих характеристик. Обычно в монимолимнионе формируются анаэробные условия, обусловленные содержанием конечных продуктов метаболизма обитающих в нем бактерии. Такими веществами являются - метан, углекислый газ и сероводород и т.д., ядовитые для большинства аэробных организмов. Водоемы со стабильной стратификацией иногда производят

выбросы ядовитого содержимого в миксолимнион и в атмосферу, что сильно влияет на экосистему, как самого водоема, так и, в особых случаях, на прилежащие территории (Duval, Ludlam, 2001). С другой стороны придонные слои имеют большую соленость, а значит и большее содержание биогенов, чем менее минерализованные воды миксолимниона. Были зафиксированы случаи, что в озерах с неустойчивым меромиктическим режимом возмущения в водной толще приводят к увеличению продуктивности экосистемы (возрастала концентрация хлорофиллов, зоопланктона и пр.) (Maclntyre, Jellison, 2001). По причине повышенного содержания биогенных элементов, ближе к придонным слоям формируются пики концентрации фототрофных организмов, таких как цианобактерии и диатомовые водоросли и гетеротрофов. В мире не так много озер, обладающих довольно устойчивой стратификацией, главная причина этого в том, что для появления такого гидрологического режима требуется ряд условий. Так, для того что бы озеро стало меромиктическим, оно должно иметь определенные запас солености, принесенной с помощью внешних притоков, или непосредственно из котловины озера, что обычно наблюдается для водоемов образованных в местах гипсовых отложений (Malorqui et al., 2005). В ряде случаев конечным толчком к формированию меромиксиса является формирование пресного слоя воды поверх соленого (Hutchinson, 1957; Rogozm et al., 2010). Исследователями зафиксировано несколько случаев образования меромиксиса, обусловленного внешними факторами, так Big Soda Lake (Невада), стало меромиктическим когда его уровень поднялся на 18 м из - за развития ирригации в окрестностях, так же Mono Lake (Сев. Америка) за период с 1979 по 1998 г подверглось трем сменам гидрологического режима благодаря изменениям уровня озера (Melack, Jellison, 1998). Как обратный пример можно привести знаменитое Мертвое Море (Израиль), чей меромиктический режим из-за усиленного испарения с 1979 г. изменился на мономиктический (Jelisson, Melack, 1993).

Меромиктические озера делятся по происхождению на эктогенные (ectogenic) - образованные в ходе притока воды в поверхностные слои. В истории озер описаны случаи как установки меромиксиса через приток в эпилимнион соленой воды, так и в результате наполнения соленого водоема пресной водой. Обстоятельства подобных событий могут быть самыми различными - от медленных изменений климата и ландшафта до быстрого вброса воды и/или соли в результате приливов морской воды или таяния ледников. Креногенная (crenogenic) меромиктия образуется при притоке грунтовых вод, прошедшими через минерализованную породу (например, гипс). Так же выделяют эндогенный (endogenic) или биогенный меромиксис, это явление образуется при постоянном притоке солей образованных в процессе биологического разложения осажденных на дно органических веществ, произведенных фототрофным сообществом. Такими минеральными соединениями могут быть продукты сульфатредцирующих, метанообразующих и нитрифицирующих и пр. микробных сообществ (Boehrer, Schultze, 2008).

Режимы перемешивания можно с довольно неплохой достоверностью описать различными моделями, которые учитывают такие параметры как распределение плотности в толще воды, термодинамика водной толщи, энергия перемешивания миксолимниона ветрами и т.д. (Belolipetskii et al., 2002). Но здесь важную роль играет выбор модели и ее основных параметров. Кроме того, необходимо принимать во внимание, что использование старой модели, пригодной, например, для расчета режима стратификации, может не сработать при работе с более тонкими аспектами экосистемы. Так же существует проблема составления единой модели из нескольких частных, учитывающих определенные потоки (например, при моделировании водного питания водоема, берется две модели, одна для грунтовых вод, другая поступлений с поверхности) (Boehrer et al., 1998). Для исследования аноксигенных фототрофных бактерий, необходимо специально анализировать условия в зоне хемоклина с учетом сезонных факторов, в том числе ледовый и снежный

покровы, которые сильно влияют на теплообмен с внешней средой, и еще более на освещенность в зоне хемоклина (Их^огт е1 а1., 2009).

1.2 Фототрофные серные бактерии

Сообщество аноксигенного фотосинтеза представлено несколькими таксонами прокариот, а именно пурпурными серными бактериями (ПСБ), зелеными серными бактериями (ЗСБ), отдельными видами цианобактерий использующих сероводород для фотосинтеза (Горленко и др., 1977; Кузнецов, 1970). Необходимыми факторами для развития аноксигенных фототрофных сообществ являются анаэробные условия, наличие сероводорода в воде и достаточная освещенность (Pfennig, Truper, 1992). Это справедливо для обоих семейств, как пурпурных (Chromatiaceae), так и зеленых (Chlorobiaceae) серных бактерий соответсвенно. Причиной доминирования той или иной группы аноксигенных фототрофов, как правило, служат внешние условия, так благоприятными условиями для зеленых серных бактерий считаются вода с рН ок. 6.5-7.0, тогда как для пурпурных серных бактерий оптимум рН 7.5-8.5, данный фактор непременно учитывают при накопительном культивировании (Pfennig, Truper, 1992). В водоемах со средними значениями кислотности присутствуют оба сообщества, причем, как правило, слой ЗСБ располагается непосредственно под зоной скопления ПСБ. Причины, регулирующие данное явление, описаны в ряде работ (Горленко и др., 1977; Montesinos, 1983). Главным образом, это происходит из-за того, что ЗСБ более нетерпимы к кислороду и могут развиваться при еще более низких значениях освещенности, чем ПСБ (Pringault et al., 1999; Casamayor et al., 2001). Также это может быть вызвано повышением кислотности воды по мере погружения ниже зоны редоксклина (изменение условий на более оптимальные для ЗСБ), как в озере Шунет (Лунина и др., 2007а). Из-за более глубокого расположения сообщество ЗСБ в таких озерах обычно беднее, хотя лимитирующим фактором в данном вопросе является освещенность, в случае повышения освещенность в слоях ЗСБ

состав сообщества может кардинально перемениться, как в озере Каданьо (Cadagno) с 2000 г (Tonolla et al, 2005).

Для семейства Chromatiaceae характерны следующие свойства. Все виды размножаются делением клетки пополам. Есть подвижные и неподвижные виды, подвижнб1 имеют полярные или субполярные флагеллы. Так же все виды способны использовать в фотометаболизме некторые простые углеродные компоненты, такие как ацетат и пируват. Некоторым видам для их развития необходим витамин В12, что используется при их слективном культвировании и идентификации. В качестве пигмента для фотосинтеза они используют бактериохлорофилл а, за единственным исключением Thiocapsa pfennigii, содержащая бактериохлорофилл Ъ. Характерными для ПСБ каротинодами являются спириллоксантин и окенон (производится только этим семейством) (Takaichi, 1999). Представители семейства в основном обитают в глубоких слоях воды, так что их фотосистема, адаптированая для этих условий, имеет отличные от прочих полосы поглощения в диапазоне от 800 до 900 нм для бактериохлорофилла а и от 400 до 600 нм для желтых и красных каротиноидов. К семейству принадлежит несколько родов, наиболее часто встречаемые это: Thiopedia, Thiocapsa, Lamprocystis, Thiospirillum, Cromatium и Pelochromatium. (Кузнецов, 1970). Диапазон оптимальных рН различается для разных родов, как правило, оптимальной для болдынинства считается слабо щелочная среда (Pfennig, Truper, 1992), но род Chromatium способен развиватся при рН от 5.5 до

9.5.

Семейство Chlorobiaciae или зеленые серные бактерии (ЗСБ), принадлежат тому же циклу серы, что и пурпурные серные бактерии, но имеют ряд существенных отличий. Данное семейство в качестве главных фотосинтетических пигментов использует бактериохлорофиллы с, d и е, каротиноиды |3-каротин, хлоробактин и изоренирантин (Takaichi, 1999). В отличие от пурпурных серных бактерий они используют свет с длиной волны от 700 до 800 нм, что совпадает с полосами поглощения хлорофилл а -

содержащих организмов, т.е. так, что они конкурировали бы с водорослями за свет, если бы делили с ними одну нишу (Casamayor et al., 2001). ЗСБ - строгие анаэробы, и не могут существовать в присутствии кислорода. Разделяют несколько родов ЗСБ: Chlorobium, Pelodiction, Cylindrogleoa и Prosthecochloris (Кузнецов, 1970). Требования к свету у них меньше чем у ПСБ и составляют 600 эрг см"2 с"1 для поддержания культуры и интенсивность насыщения 10000 эрг см"2 с"1. Для них оптимальна нейтральная кислотность - 7.0-7.5. Благодаря этим условиям, в случае сосуществования с пурпурными серными бактериями скопления ЗСБ нередко можно обнаржить непосредственно под зоной обитания

ПСБ (Casamayor et al., 2001).

Считается, что бактерии аноксигенного фотосинтеза облигатные или факультативные анаэробы. Тем не менее, было показано, что они довольно сносно переносят присутствие кислорода и даже на время мигрируют в миксолимнион, предположительно для обеспечения солнечной энергией, хотя процессы восстановления сульфатов в присутствии кислорода практически прекращаются даже у микроаэрофильных видов аноксигенных фототрофных бактерий (АФБ). Так же до конца не ясны процессы, возвращающие их обратно в монимолимнион (Pfennig, Trnper, 1992; Egli et al., 1998).

Лимитирующими факторами в развитии аноксигенных фототрофных бактерий, как правило, являются освещенность и присутствие сероводорода. Также за максимально возможную численность отвечает и количество биогенов. Здесь применим тот же подход, как и в классификации водоемов по их трофии. Так, в пресноводных водоемах численность АФБ в сотни раз меньше чем в солоноватых (Overmann et al., 1991; Guerrero et al., 1985).

Некоторые виды пурпурных и зеленых серных бактерий способны запасать элементную серу, как внутри, так и снаружи клеток (Lee et al., 2007; Pfennig, Truper; 1992; Pringault et al., 1999). Элементная сера используется ими в качестве запаса источника электронов, что возможно вызвано эволюцией на границе присутствия сероводорода. Запас элементной серы открывает

возможность для факультативно анаэробных видов на время мигрировать в

верхние слои воды для участия в фотосинтезе.

Не так давно появились сообщения о новом типе аноксигенного фотосинтеза АФБ, в котором в качестве донора электронов, при недостатке сероводорода, пурпурные серные бактерии используют сероводород железа (Rodrigo, 2001), но такое явление широко не распространено.

Так же, многие виды пурпурных серных бактерий, обладают способностью производить и запасть некоторое количество полигидросибутиратов (ПГБ), полигидроксиалконоатов - биоразрушаемых полимеров, которые самими бактериями могут использоваться (как используются и сульфатредуцирующими бактериями), в качестве запасов углерода для фотосинтеза (Jordi et al., 1995). В случае благоприятных условий некоторые виды могут так же запасать углерод в виде гликогена, преобразуя его как из растворенного в воде углекислого газа, так и из ПГБ. Так же возможен и обратный процесс превращения гликогена в ПГБ, совмещенный с процессом восстановления элементной серы до сероводородов (Van Gemerden et al., 1985). Полигидроксиалконоаты (один из видов ПГБ) - довольно многообещающий по качествам полимер для применения, например, в медицине, в качестве материала для биоимлантантов (биоинертность, относительная прочность и не слишком быстрое разложение, позволяет использовать их для сшивания тканей) (Волова и др., 2003).

Одна из основных проблем для исследования микроорганизмов вообще и аноксигенных фототрофов в частности, это проблема некультивируемости многих штаммов бактерий (по некоторым данным доля культивируемых клеток меньше 1% от всех), и неоднозначности методов. В частности, при исследовании микробного сообщества арктических озер на Оркнейских островах, было показано, что из 42 идентифицированных различными методами родов бактерий, только 5 были опознаны с помощью обоих групп подходов одновременно - зависимыми от культивирования и независимыми

методами (culture-dependent and culture-independent technique) (Pearce et al., 2003). Тем более, что для того, что бы получить конкурентное преимущество, многие фототрофы объединяются в консорции, что делает их зависимыми друг от друга. Быть в консорции конкурентно выгодно, особенно для АФБ, существующих на границе пригодных для них условий, и для которых важно получать больше либо света, либо сероводорода, либо питательных веществ и витаминов. В консорции один организм обычно берет у другого те свойства, которые у него либо отсутствуют, либо присутствуют в недостаточном количестве. Так представители рода Chlorobiacae - зеленые серные бактерии -за исключением вида Chloroherpeton thalassium (имеющего скользящие филаменты), лишены возможности передвигаться самостоятельно, и образуют движущиеся консорции (Chlorocromatium aggregation - эпибионты зеленоокрашенные ЗСБ), Pelochromatium roseum (эпибионты - коричнево окрашенные ЗСБ) (Горленко и др., 1977; Overmann, van Gemerden, 2000).

1.3 Экология микробных сообществ в стратифицированных водоемах

Экосистема стратифицированных водоемов складывается из различных зон, располагающихся в вертикальных компартментах водной толщи. В качестве таких зон обычно выделяют аэробную зону, составляющую миксолимнион, микроаэрофильную зону, зону хемоклина и анаэробную зону -монимолимнион, а также верхние слои донных отложений (иловые отложения быстро становятся непроницаемыми для жидкостей и, если не случается взмучивания, перестают участвовать в круговороте веществ). Характер стратификации озер зависит от многих факторов, в том числе от их глубины, солености и прочих условий (особенности ландшафта, форма котловины озера, климатические условия и так далее). Для озер умеренной зоны характерно 4 этапа сезонных возмущений, связанных со сменой времен года. Далее приводится описание этих этапов.

Весенняя циркуляция - после таяния льда, в процессе нагрева верхние слои воды достигают температуры максимальной плотности, что приводит к перемешиванию верхних слоев с нижними, до тех пор, пока не установится гомотермия от поверхности до дна. Перемешиванию так же помогают весенние ветра и явление горизонтальной температурной стратификации, вызванное притоком талых вод и контактом с более нагретой почвой, что приводит к полному перемешиванию прибрежных вод. Длительность периода может варьироваться, так как она зависит в первую очередь от погодных условий (Тихомиров, 1982). Весеннее перемешивание переходит в летнюю стагнацию после того как плотностная разница (зависящая от солености и температуры воды) станет достаточно значимой, ветровая циркуляция воды начинает захватывать только определенные слои. Таким образом, в водоеме стабилизируется положение эпилимнионаи гиполимниона, в полностью перемешиваемых озерах в этот период нередко образуется анаэробный придонный слой. Осенняя циркуляция возникает из-за того что, вследствие общего похолодания, температура воды поверхностных слоев опускается до температуры максимальной плотности, что приводит к их погружению и перемешиванию водной толщи, чему способствуют осенние ветра. Аналогично с весенней циркуляцией этот этап сильно зависит от погодных условий. Данный этап продолжается до ледостава, когда тепловой запас эпилимниона водоема опускается до определенного значения, при котором температура воды в нем не может быть выше температуры максимальной плотности. Зимняя стагнация (обратная стратификация) - данное распределение в толще воды устанавливается после того, как озеро покроется льдом (запас тепла в толще воды уже не поддерживает перемешивание), и водные массы больше не перемешиваются ветром. В озере устанавливается распределение воды по плотности, в полностью перемешиваемых водоемах в придонных слоях содержится вода максимальной плотности (ее температура для пресной воды ок. +4°С), и чем ближе к поверхности, тем она вода холоднее вплоть до

температуры ее замерзания (которая зависит от ее солености). Меромиктические озера отличаются от прочих тем, что зона монимолимниона сохраняется, несмотря на все процессы перемешивания, и поэтому обладают совершенно особым режимом стратификации. Например, в отличие от обычных озер, в период зимней стагнации ближе к дну температура воды в некоторых озерах начинает даже повышаться, это происходит из-за высокой плотности придонных слоев воды, которые так же могут подогреваться за счет химических процессов, протекающих в иловых отложениях. Некоторые озера могут быть перемешиваемыми и одновременно анаэробными, например озеро СЛзо в Испании (что обусловлено особенностями ландшафта) и ряд тропических и полярных подледных озер (Тихомиров, 1982).

Подобная стратификация определяет физико-химические условия, из которых определяющим фактором является наличие кислорода, соответственно разделение водоема на экологические ниши будет происходить в зависимости от доступа к кислороду. Аэробная зона - наиболее богатая кислородом верхняя зона озера, занимающая практически весь миксолимнион. В данной зоне можно выделить несколько экологических ниш. Ниша фототрофов обычно представлена фитопланктоном (водорослями), и в гораздо меньшей степени фототрофными бактериями. В нижних слоях, как правило, обитают фототрофы специально приспособленные к глубинным условиям, в частности они имеют каротиноиды поглощающие в диапазоне 500-550 нм, наиболее глубоко проникающей части спектра (Оегтапп а1., 1991). Интенсивность фотосинтеза сильно зависит от таких факторов, как температура, естественным образом влияющая на скорость биологических процессов. Так, зимой в озерах умеренной зоны, падение температуры воды приводит к существенному падению концентрации фототрофов на поверхности и как следствие к возможному сравнительному увеличению продукции оксигенных фототрофов, обитающих в глубине. Далее следует выделить нишу гетероторфных микроорганизмов, которые поглощают органические вещества и свободную

углекислоту из воды, данная ниша тоже очень зависит от температуры воды и биогенов, но помимо этого и от количества органических веществ. Другая ниша аэробной зоны - хемолитоавтотрофы, данная группа усваивает растворенный в воде СОг, участвуя в процессах окисления водорода, метана (в анаэробных условиях) и восстановленных соединений азота и серы. Последняя и немаловажна экологическая ниша - деструкторы органического вещества, которые занимаются разложением различных веществ с высокой специализацией. Субстратом для них служат гуминовые кислоты (растворенные в воде или находящиеся в коллоидном состоянии), мертвые микроорганизмы и пр. (Горленко и др., 1977).

Микроаэрофильная зона - зона с низким содержанием кислорода, что позволяет существовать в ней как фототрофам, так и факультативным анаэробным микроорганизмам. Так же благодаря малому содержанию кислорода в микроаэрофильной зоне присутствуют такие вещества, как метан и сероводород, которые бы быстро разложились в анаэробных условиях. Выделяют два механизма формирования анаэробиоза в монимолимнионе, в большинстве случаев, если в воде достаточно производных серы (элементной серы, сульфатов и тиосульфатов), анаэробиоз поддерживается за счет деятельности сульфат-редуцирующих бактерий, производящих сероводород, если же в воде мало сульфатов, то кислород, главным образом потребляется на окисление метана, образованного метаногенным микробным сообществом

(Горленко и др., 1977).

Особенностью соленых водоемов умеренной зоны является появление верхнего распресненного слоя воды в весеннее время в результате таяния льда. Как следствие, теплый эпилимнион формируется сразу же после таяния льда, и экранирует более глубокие воды от ветрового перемешивания. Ранее было показано, что такая ситуация наблюдается в озере Шира, где миксолимнион подвергается полному перемешиванию от поверхности до некоторой глубины только один раз в год - осенью, в то время как весной наблюдается

неравномерное распределение солености с минимумом в поверхностных слоях (Кх^огт е! а1., 2010).

1.4 Разнообразие стратифицированных водоемов

Существует довольно много описанных меромиктических водоемов, наиболее изученными из которых являются водоемы, расположенные относительно близко к населенным пунктам, дорогам и специализированным научным учреждениям. Исследования облегчают благоприятный климат (теплая погода, незамерзаемость, отсутствие сильных возмущений (ураганов, землетрясений)) и, наконец, потенциал исследований, в качестве которого могут выступать история озера, различные, наблюдаемые в нем феномены (например, интенсивный пурпурный слой). Данные факторы делают отдельные озера широко известными для научного сообщества всего мира и публикации по ним становятся отправными точками для дальнейших исследований. Далее даны описания некоторых хорошо изученных озер, являющихся в определенной степени объектами сравнения при изучении озер Шира и Шунет.

Озеро Каданьо (Сас^по). Данное озеро расположено в Швейцарских

Альпах, координаты - 08° 43' зап. долготы., и 46° 33' сев. широты. Длина

бассейна 842 м, ширина 423 м, максимальная глубина 21 м. На глубине около

12 м наблюдается переход в анаэробную зону, содержащую сероводород. В

зоне хемоклина имеется развитое сообщество анокисгенного фотосинтеза,

представленное в основном пурпурными серными бактериями. Благодаря этим

условиям в озере Каданьо развивается специфический «пурпурный слой»

толщиной от 70 до 150 см с плотностью бактерий порядка 106 кл мл"1. Главное

отличие от озер Шира и Шунет в том, что данный водоем активно используется

в хозяйстве для водозабора, что приводит к характерным изменениям уровня

воды, вызванным человеческим фактором. Так, зимой из-за использования

гидроресурсов озера для производства электроэнергии уровень озера

понижается на 3 м (Реёига а1., 1998). Так же, из-за особенностей рельефа

толща озера сильно подвержена воздействию внешних условий и слои

23

пурпурных серных бактерий, потревоженные подводными течениями, могут подниматься выше и образовывать «облака» осциллирующее возле зоны

хемоклина (Egli et al., 1998).

В придонных областях присутствуют сульфатредуцирующие бактерии, производящие сероводород. Так же было замечено, что его производят и сами фототрофные серные бактерии в темновых условиях. Измеренные скорости оборота сероводорода в слое фототрофных серных бактерий достигали от -30.99 до -10.67 ч"1 днем и +1.95 ч"1 в темное время суток (Luthy et al., 2000). Данное озеро является одним из самых хорошо изученных и показательных в плане исследования аноксигенных фототрофных сообществ. Исследования АФБ озера Каданьо оказали большое влияние на понимание роли слоя пурпурных серных бактерий в экологии меромиктических озер.

Озеро Махони (Mahoney Lake) - сравнительно небольшое соленое озеро (длина - 820 м, ширина - 407 м), расположенное в Британской Колумбии (Канада), координаты - 49°14' СШ 119°34' ВД. Данное озеро имеет меромиктическим режим, наблюдавшийся в нем с 60 - х годов прошлого века. В данном озере наблюдается образование интенсивного пурпурного слоя, формируемого пурпурными серными бактериями, доминирующий вид Amoebobacter purureus, плотность которого достигает 108 кл мл"1 (Overmann et al., 1991). Имеется только один аналог этого озера по концентрации ПСБ - это озеро Шунет (Рогозин и др., 2005). Благодаря устойчивой стратификации экосистема озера Махони отлично подходит для экспериментов с их физиологией. Тем более что относительно мелководное расположение хемоклина приводит к тому, что продукция пурпурных серных бактерий может достигать 60% от всей фотосинтетической продукции в озере (Overmann et al., 1996). Данный характер пурпурного слоя позволил исследовать сообщество ПСБ озер Махони с высоким разрешением по глубине, и разделить его на компартменты с различными этапами жизненного цикла клеток. Показана роль пурпурных серных бактерий в пищевой цепи озера. Так, оцененная in situ доля

ПСБ в рационе рачков Diaptomus connexus составляет 75-85%, что является беспрецедентным (Overmann et al, 1999). Исследование донных отложений водоема показало значимые результаты по истории озера, в иловых отложениях, имеющих слоистую вертикальную структуру, был обнаружен каротиноид окенон, на основе чего был сделан вывод о меромиктическом режиме озера в голоцене (Overmann et al., 1993).

Озеро Фидлер (Lake Fidler) - это меромиктическое озеро расположено на Тасмании. Озеро так же обладает сообществом фототрофного серного цикла. Для настоящей работы водоем интересен главным образом с позиции палеолимнологии. Извлеченные керны позволили реконструировать историю озера на последние 8000 лет, в течение которых было отмечено 5 периодов, обозначающих различные этапы формирования озера. В донных отложениях, сформированных в эти этапы, наблюдаются смена видов диатомовых, доминировавших в озере, причем таксоны в каждой зоне различались по отношению к галофильности, что отражает непосредственным образом эволюцию водоема (Hodgson et al., 1996). Таким образом, удалось выяснить, что формирование миксолимниона и переход в меромиктический режим перемешивания состоялся в озере Фидлер около 2070 лет назад. Так же было проведено изучение пигментного состава донных отложений, а именно каротиноидов и хлорофиллов вместе с их производными. Всего D. Hodgson et al. было идентифицировано 12 пигментов, многие из которых происходили из разных таксономических групп (Hodgson, Wright, Tyler, Davies, 1998).

Озеро Кисо (Ciso, Северо-Восточная Испания), так же является широко изученным водоемом, обладающим уникальными свойствами. Озеро имеет карстовое происхождение. Озеро Кисо - небольшое по площади, имеет голомиктический режим перемешивания (благодаря температурной циркуляции), но остается практически полностью анаэробным из-за специфических особенностей климата и ландшафта (озеро незамерзающее и окружено возвышенностями и растительностью, что мешает перемешиванию

ветром) (Guerrero et al., 1985). Данное озеро имеет развитое сообщество АФБ, занимающее ведущую роль в продукции озера. Так, в 1982 г была зафиксировано, что доля ПСБ в озере достигла 91 % (из них 78 % -доминирующий вид Chromatium sp и 22% - прочие виды ПСБ живущие в форме агрегатов) от общего объема биомассы бактерий. Тогда же в соседнем озере Вилар (Vilar) был замечен всплеск численности АФБ, доминирующий вид Chromatium spp. был представлен 92% от объема микробной биомассы (Guerrero, et al., 1985). Оба озера располагаются рядом и подвергаются одинаковым погодным влияниям, в течение зимы озеро Кисо полностью перемешивается, хотя и остается анаэробным, а развившиеся в глубине пурпурные серные бактерии оказываются выброшенными на поверхность. Озеро Вилар (Vilar) - впадинного происхождения, состоящее из двух резервуаров, обладает меромиктическим режимом перемешивания. В течение различных сезонов в его толще развиваются скопления пурпурных бактерий Chromatium spp. (Guerrero, et al., 1985). Оба озера являются незамерзающими и защищенными от ветра, что способствовало проведению сравнительных исследований процессов оседания и гидродинамики внутри водной толщи (Van Gemerden et al., 1985; Guerrero, et al., 1985; Pedros-Alio et al., 1989).

1.5 Седиментация биологического материала

Для описания экологии водоема, одной из самых важных характеристик озерных микроорганизмов являестя скорость их оседания. Так как далеко не все микроорганизмы имеют средства поддерживающие их мобильность в водной толще (за исключением регуляции собственной плотности), а те что способны к активным миграциям могут их лишатся (к примеру из-за перехода в неактивное состояние), локализация немалой части микробного сообщества будет определятся скоростью их оседания. С помощью математических моделей было показано, что от скорость оседания является одной из наиболее значимых величин, определяющих вертикальное распределение планктонных организмов

в оз.Шира (Prokopkin et al., 2010). Следует так же учитывать, что в стратифицированных водоемах плотность воды меняется с глубиной, причем весьма неоднородно в разных компартментах водной толщи озера. В частности, хорошо известно явление образования слоя повышенной концентрации осажденного материала, в том числе бактерий, в зонах скачка плотности (термоклин, галоклин) (Кузнецов, 1970). Седиментация - один из системообразующих процессов в экосистеме водоема, в частности как процесс изчезновения микроорганизмов из их экологической ниши и процесс напрямую формирующий донные отложения озера. Осаждаемый материал можно разделить на несколько групп - это различные частицы детрита, пеллеты рачков, фитопланктон, бактерии. В отличие от прочих объектов, бактерии имеют довольно низкую и непостоянную плотность, и оседают только в определенные периоды. Поэтому, что бы получить достоверные данные, необходимо использовать небольшие сроки экспозициии седиментационных ловушек, причем в силу климатических условий (ветер, ледостав), далеко не всегда возможно использование ловушек в течение хотя бы одного года (Pedros-Alio et al., 1989). Так же случаются массовые всплытия фототрофных микроорганизмов. Например, некоторые колонии цианобактерий из-за недостоточной освещенности в зоне микослимнона увеличивают свою плавучесть для того, что бы поднятся к поверхности. Известно, когда подобное всплытие совпадало с оптимальными условиями для размножения, из-за обилия микроорганизмов вода окрашивалась в кровавый цвет (Walsby et al., 2005). Дополнительные проблемы возникают на этапе лабораторного изучения и подсчета результатов, в частности необходимо учитывать турбулентость в водной толще и распад биологического материала как на пути к ловушке, так и внутри нее (Pedros-Alio et al., 1989). Максимальные скорости оседания наблюдаются в периоды наибольшей стабильности водной толщи, это подтверждается натурными данными, отсюда с очевидностью следует, что итоговое количество осажденного материал будет зависеть от погодных

условий в течение года. В случае аноксигенных бактерий в меромиктических озерах, турбулентностью внутри водной толщи можно пренебречь, так как сообщество АФБ обитает ниже уровня миксолимниона. Однако, в периоды наименьшей стабильности водной толщи (весной и осенью) часть бактерий может быть перенесена в микосолимнион (Overmann, 1997).

Что касается пурпурных серных бактерий, в частности Lamprocystis, то некоторые виды обладают газовыми вакуолями, которыми, они могут регулировать свою плавучесть, а другие могут передвигаться с помощью жгутиков (Pfennig, Truper, 1992). Также в некоторых работах описано, что пурпурные серные бактерий демонстрируют фототакисис в виде скотофобического поведния (скотофобия - боязнь темноты) - движения против вектора темноты. Особо стоит отметить, что он совмещался с хемоктасисом, зависящим от присутствия в воде сероводорода (Gest, 1994). Как правило, большую часть озерных бактерий составляют неактивные организмы, располагающиеся под зоной мисколимниона, что позволяет им без помех оседать на дно, не возвращаясь в верхние турбулентные слои (Garcia-Gil et al., 1999).

1.6 Фототрофные организмы как палео-индикаторы

Палеолимнология - направление науки, изучающее историю

формирования озер по их донным отложениям. Различные изменения в водоеме

отражаются в донных осадках через минеральный и гранулометрический

состав, намагниченность частиц железа, следы обитавших в водоеме

организмов, их появление или исчезновение (Мартынова, 2010). Хорошие

результаты в данном вопросе можно получить с помощью исследования

ископаемых остатков диатомовых водорослей (Mackay, 2007) и хирономид

(Ilyashuk et al., 2009), так как они определенным образом откликаются на

изменение физико-химических условий в водоемах, что выражается в

изменении видового состава. Если исследовать вариации определенного

таксона в каком-нибудь регионе, то с определенной достоверностью их можно

28

использовать в качестве биоиндикатора. Как пример, следует упомянуть группу планктонных ракообразных Cladocera, которая показывает характерные морфические ответы на внешние условия (Kornola, Rautio, 2001). Из минеральных индикаторов обычно используют следующие параметры состава донных отложений - TOC (Total Organic Carbon - общее содержание органического углерода), которое отражает запасание органического материала, то есть продукцию в озере и поступление с притоком воды; содержание органического Si02, которое отражает продуктивность диатомовых в водоеме; ТЮ2 - отражает приход в озеро геологического материала; магнитная восприимчивость - содержание магнетита, или отложений железа, возможно органического происхождения (Nowaczyk et al., 2007). Так же следует обращать внимание на неоднородности содержания солей, выпавших в донные отложения непосредственно из воды водоема. Наиболее известным индикатором является выпадение на дно СаС03 , что происходит при понижении уровня воды (Rodrigo, 2001; Кузнецов, 1970). Данное явление наблюдается как в пресных, так и в соленых озерах, в иловых отложениях это проявляется в появлении белых слоев (как, в частности, в озере Шира) (Рогозин и др., 2011; Зыков и др., 2012). Так же повышение концентрации карбоната кальция в иловых отложениях может быть вызвано переменами физико-химических условий в водоеме (изменение температуры, pH), которые следуют за сезонными изменениями условий в водоемах (высыхание в течение лета, выпадение в осадок солей в связи и понижением температуры зимой и т.д.) (Кузнецов, 1970; Oy ermann, 1999). Отдельно следует рассмотреть реконструкцию истории водоема по ископаемым остаткам ДНК. Несмотря на их природную недолговечность, в иловых отложениях молекулы ДНК сохраняются в течение тысяч лет, отражая данные о видовом разнообразии во времена образования отложений, но этот метод требует большой тщательности и его результаты все равно могут быть искажены из-за недостаточно эффективной методики (Coolen, 1998).

В качестве палеоиндикаторов эффективно используются специфические органические соединения, в частности фотосинтетические пигменты (Leavitt, Findlay, 1994; Overmann et al.,1993; Hodgson et al, 1998; Schmidt et al., 2002). К фотосинтетическим пигментам относят светопоглощающие вещества фототрофных организмов участвующие в фотосинтезе и в фотопротекции от ультрафиолета. Наряду со многими другими индикаторами фотопигменты -одни из самых важных следов, которые могут быть оставлены экосистемами водоемов. В общем случае фотопигменты можно разделить на две группы. Главные фотосинтетические пигменты - хлорофиллы, бактериохлорофиллы и бактериородопсины - органические соединения, участвующие в фотосинтезе, а именно в процессе переноса электронов через мембраны органелл. Второстепенные пигменты - каротиноиды, хиноны, флавоноиды и порфины -совершенно разные типы соединений, как по строению, так и по происхождению и функциям. В силу того, что среди этих соединений каротиноиды - самые долговечные, химически устойчивые и, в отличие от хлорофиллов, специфичны для каждого таксона, фототрофов водных экосистем удобнее всего идентифицировать с помощью них. Ископаемые каротиноиды заняли важное место в палеолимнологии, далее они будут рассмотрены подробнее.

Каротиноиды представляют собой различные изомеры и модификации (циклизации и потери частей углеродного скелета) ЧЧ^-ликопина и делятся на несколько групп - каротины (изомеры каротина, имеющие общую формулу С4оН56, путь превращения ликопина в различные формы ß-каротина показана на Рис. 1.3) и ксантофиллы (содержащие присоединенные атомы кислорода), и прочие. Основным свойством их проявлением в природе служит окраска растений и животных в яркие цвета, в основном темно-красного и желтого

цветов (Бриттон, 1986).

По химическим свойствам все каротиноиды - липиды и полностью нерастворимы в воде. Однако они становятся растворимыми после реакции

гликозилирования или присоединения к белкам. За исключением таких веществ как фитоин, фитофлуин и ^-каротин, в нормальных условиях они представлены в твердом виде. В природе каротиноиды обычно локализованы в липофильных, гидрофобных районах клетки - в липидных глобулах, кристаллических

структурах и мембранах.

При оценке каротиноидного состава объектов необходимо учитывать их химическую и конформационную стабильность. Многие каротиноиды имеют изомеры. При нормальных условиях каротиноиды находятся в форме trans -изомера и под воздействием различных факторов переходят в cis-форму (Leavitt, 1993). Переходы между разными формами проходят под воздействием, как света, так и химических веществ и внешних условий, таких как кислотность (Britton, 1989). Так что в природных популяциях каротиноиды имеющие несколько изомеров, представляют собой их смесь.

Несмотря на то, что животные, в частности рыбы и моллюски, являются источниками множества каротиноидов (Bonnett et al., 1969), сами они их не производят, но модифицируют для своих нужд получаемые из других источников, например с пищей (Britton, 1989; Бриттон, 1986). В различных работах описано множество путей превращения и модификации каротиноидов, но для данной работы они не представляют особого интереса (Bonnett et al.,

1969; Britton, 1989; Tao et al., 2004).

В природе каротиноиды и хлорофиллы синтезируются фототрофными организмами, некоторыми бактериями и грибами (ими производятся только каротиноиды) (Britton, 1989). Ввиду того, что большую часть производства этих соединений обеспечивают именно фототрофы, продукцию каротиноидов можно довольно достоверно связывать с фотосинтетической продукцией в экосистеме. Количество каротиноидов в донных отложениях напрямую зависит не только от деятельности производящих их организмов, но и от химической стабильности отдельных каротиноидов и условий захоронения (Leavitt, 1993). Выделяют целую совокупность процессов, ведущих к потерям пигментов до и

после их захоронения, разделяя по месту нахождения пигмента. Так, в аэробной части толщи озера период полураспада для фототрофных пигментов (в первую очередь хлорофиллов) составляет порядка нескольких дней, на поверхности донных отложений (и возможно в анаэробных слоях озер) порядка нескольких лет. В глубоких седиментах разложение каротиноидов вызвано постепенным распадом двойных связей, здесь период полураспада составляет порядка нескольких столетий. В совокупности голомиктические озера теряют более чем 90% произведенных пигментов до их захоронения в донные отложения (Leavitt, 1993). Содержание пигментов в различных зонах озера (а значит и в разных экологических нишах) может быть разным, так как за оседание биологического материала отвечает как циркуляция вертикальных потоков в толще, так и плавучесть самих клеток, агрегаций и консорций (Pedros-Alio et al., 1989; Prokopkin et al., 2010). Прогноз подобных поступлений потребовал бы моделирования, включающего в себя как изменения в популяциях фототрофов, так и перемещения водных масс, изменения гидрологического режима, и т.п.

Пигменты как индикаторы различных групп могут представлять несколько различных таксонов. Так, отдельные штаммы зеленых водорослей Botryococcus braunii имеют в своем составе до 14 каротиноидов, хотя только 36 из них представлены в достаточном количестве. Причем каротиноидный состав различается от одного штамма к другому, хотя доминирующими остаются виолоксантин, бета - каротин и лютеин (Muntean, 2007). Такое разнообразие может быть вызвано особенностями синтеза, который предполагает присутствие, как промежуточных продуктов синтеза каротиноидов, так и корректировку пигментного состава в ответ на изменение условий освещенности (Böhme et al., 2002). Так что предпочтительнее для разных озер использовать разные линии каротиноидов - биоиндикаторов. Так, в озере Байкал принимался следующий набор индикаторов - лютеин (зеленые водоросли), диатоксантин (диатомеи, динофлагеляты, криптофитовые),

зеаксантин (зеленые водоросли, цианобактерии), аллоксантин и крококсантин

(криптомонады) (Soma et al., 2006).

Некоторые нестабильные пигменты, такие как фукоксантин, сравнительно недолговечны, и быстрее других «исчезают» из более глубоких участков донных отложений (Bonnett et al., 1969; Nobuyasu et al., 2003). Этот фактор необходимо учитывать, иначе можно сделать неправильные выводы относительно биоразнообразия водоема в прошлом. В отдельных работах, посвященных древним донным отложениям, отмечается, что практически все каротины сохраняются на периоды в тысячи лет, в то время как некоторые ксантофиллы, в частности 5,6 - изомеры, уже не обнаруживаются в древних донных отложениях, что обуславливается их химической недолговечностью (Soma et al., 2006). Несмотря на эти проблемы, каротиноиды вполне могут использоватся в качестве индикаторов различных групп организмов в палеолимнологии, в особенности фототрофов. Данный метод более надежен, чем реконструкция по остаткам ДНК (Overmann et al., 1999).

1.7 Заключение

Аноксигенные фототрофные бактерии в меромиктических озерах

изучены достаточно хорошо. Это своего рода классические объекты водной

микробиологии и гидробиологии, исследования которых особенно активно

велись в конце XX века. Однако, большинство исследований проведено на

европейских и североамериканских озерах, где климатические условия

существенно отличаются от условий центральной Сибири. Озера Шира и

Шунет расположены на значительном удалении от наиболее изученных

водоемов, и расположены в условиях резко-континентального климата с

суровой зимой и толстым ледовым покровом. Несмотря на то, что экосистемам

меромиктических озер посвящено большое количество литературы,

относительно немного работ, где бы описывалась многолетняя сезонная

динамика аноксигенных фототрофных бактерий. В то же время, показано, что

меромиктические озера являются хорошими «архивами» климатических

33

изменений, а пигменты фототрофных организмов - палео-индикаторами меромиктии, однако детальных исследований с высоким разрешением по времени до сих пор практически не было. В свою очередь, стратификация водоемов является климатически-обусловленным явлением, следовательно, для реконструкции палео-климата требуются комплексные исследования с применением математических моделей, способных прогнозировать как режимы перемешивания водоемов, так и продукцию фототрофных организмов в них. В данной главе мы дали краткий обзор литературных источников по теме настоящей работы. В следующих главах приводятся ссылки на литературные источники по конкретным вопросам при обсуждении результатов наших собственных исследований.

Заключение диссертации по теме «Гидробиология», Зыков, Владимир Викторович

Выводы:

1. В озере Шира в подледный период условия для развития пурпурных серных бактерий могут быть благоприятными. При отсутствии снега на льду и высоком расположении хемоклина количество света, температура воды и биомасса пурпурных серных бактерий в хемоклине озера Шира могут превышать летние значения.

2. Аномально высокая численность пурпурных серных бактерий в хемоклине озера Шунет, более 108 кл мл"1, обусловлена благоприятным сочетанием физико-химических факторов: высокой освещенности, высокой концентрации сероводорода и сильным градиентом плотности воды, обусловливающим устойчивую стратификацию.

3. Максимальная теоретически возможная продукция фототрофных серных бактерий в подледный период в озере Шира составляет 30 % от общегодового количества. В озере Шунет максимальная теоретически возможная подледная продукция не выше 7 % от общегодовой.

4. Скорость оседания пурпурных серных бактерий в озере Шунет ниже, чем в оз. Шира, из-за высокой плотности воды в зоне хемоклина и придонных слоях.

5. Флуоресцентный метод может быть применен для определения дифференцированной по таксономическим группам концентрации фитопигментов в альгобактериальном ценозе меромиктического озера Шира, включающем пурпурные серные бактерии.

6. Наличие каротиноидов фототрофных серных бактерий (окенона) в донных отложениях свидетельствует о присутствии сероводорода в фотической зоне озера в последние около 2000 лет.

5.8 Заключение

В данной главе описаны результаты первых исследований состава каротиноидов в донных отложениях оз. Шира. Наличие окенона указывает на наличие сероводорода в фотической зоне озера примерно с IV века до н.э. и по настоящее время. Наблюдаемые неоднородности в распределениях каротиноидов указывают на изменения, происходившие в экосистеме озера на протяжении его лимнологической истории. Четко выраженный пик окенона

127 указывает на благоприятные условия развития пурпурных серных бактерий и сохранения каротиноидов в период 1945 -1970-х гг., возможно, обусловленные устойчивой меромиктией. Очевидно, что для реконструкции состояния озера требуются дальнейшие исследования с привлечением данных по химическим и биологическим палео-индикаторам, более подробным анализом слоев, а также с использованием математических моделей циркуляции воды и продукции фототрофных организмов. Результаты данной Главы являются принципиально новыми для озера Шира, и открывают путь к дальнейшим комплексным исследованиям его донных отложений с точки зрения расшифровки палео-лимнологических условий и реконструкции палеоклимата региона северной части Минусинской котловины и всей Южной Сибири в позднем голоцене.

Общее заключение

Познание закономерностей роста микроорганизмов и их биогеохимической роли в природных экосистемах представляет собой сложную задачу, в общем случае до сих пор не решенную. Поскольку нельзя экспериментировать с экосистемой, ключевая роль в исследованиях экосистем принадлежит наблюдениям. Именно наблюдение нового явления и сравнительный анализ служат первоначальным импульсом исследования, в то время как запланированный эксперимент возможен только на основе комбинации уже известных положений (Заварзин, 2004). В настоящей работе получены принципиально новые данные о многолетней пространственной динамике биомассы особой группы микроорганизмов, которые, как правило, представлены в незначительном количестве в большинстве водных экосистем, однако характерны для достаточно редкого класса водоемов - меромиктических озер, являясь их «визитной карточкой». В связи с редкостью меромиктических водоемов и достаточно узкой экологической нишей, данная группа бактерий вносит относительно небольшой вклад в биосферный круговорот, однако может быть существенным компонентом локальных экосистем, которые часто являются важными рекреационными и бальнеологическими объектами, как озера Шира и Шунет. Знания об экологии этих бактерий в конкретных водоемах могут быть успешно применены для создания прогнозных моделей качества воды, в частности - для прогноза содержания сероводорода в ней. Наиболее перспективным применением полученных знаний является реконструкция истории климата данного региона по донным отложениям. Для этого требуется моделирование режимов перемешивания, продукционных и седиментационных процессов в исследуемых озерах при различных сценариях климатически-обусловленных изменений уровня воды. Полученные нами данные являются источником первичной информации для настройки и верификации подобных моделей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Зыков, Владимир Викторович, 2012 год

Список литературы

1. Бриттон Г. Биохимия природных пигментов. М: Мир. 1986. С. 422.

2. Природные воды Ширинского района Республики Хакасия / под ред. В.П. Парначева. Томск: Изд-во Том. Ун-та. 2003. С. 183.

3. Волков И. И., Жабина Н. Н. Метод определения восстановленных соединений серы в морской воде // Океанология. 1990. С. 778-782.

4. Вологина Е.Г, Толомеев А.П., Федорин М.А. Скорость осадконакопления и годичная слоистость донных отложений озера Шира как инструмент для палеоэкологических реконструкций / Четвертая Верещагинская байкальская конференция: Тезисы докладов и стендовых сообщений (Иркутск, 26 сентября - 1 октября, 2005 г.) / Иркутск: Изд-во Института географии им. В.Б.Сочавы СО РАН. 2005. С.35-36.

5. Волова Т. Г., Севастьянов В. И., Шишацкая, Е. И. Полоксиалканоаты (ПОА)-биоразрушаемые полимеры для медицины. Новосибирск: Издательство СО РАН. 2003. С. 330.

6. Горленко В. М., Дубинина Г. А., Кузнецов С. И. Экология водных

микроорганзимов. М: Наука. 1977. С. 289.

7. Гидроминеральные ресурсы района озера Шира. Т.1. Отчет о

работах 1957-1958 г.г. Москва. 1959. 394 с. [Рукопись].

8. Дегерменджи А. Г., Гаевский Н. А., Белоног Н. П., Иванова Е. А., Рогозин Д. Ю., Колташев Е. С., и др. Изучение физико-химических и биологических харатеристик двух бальнеологических озер (Матарак, Шунет, Республика Хакасия) // Вестник КрасГУ. 2003. С. 107-115.

9. Заварзин Г. А. Лекции по природоведческой микробиологии. М:

Наука. 2004. С. 348.

10. Зыков В. В. Анализ вертикального распределения каротиноидов в

донных отложениях озера Шира // Сборник трудов конференции молодых ученых КНЦ СО РАН. Красноярск. 2011. С. 13-15.

11. Зыков В. В., Рогозин Д. Ю., Калугин И. А., Дарьин А. В. Вертикальное распределение каротиноидов в донных отложениях озера Шира как индикатор режима стратификации озера в прошлом // Материалы 3-го Байкальского Микробиологического Симпозиума с международным участием. 3-8 октября 2011 г, Иркутск. 2011. С. 48-50.

12. Клейтон Р. Фотосинтез. Физические механизмы и химические модели. М. 1984.

13. Калугин И. А., Дарьин А. В., Бабич В. В. // Материалы III Всероссийской конференции с международным участием "Фундаментальные проблемы воды и водных ресурсов". Барнаул: АРТ. 2010. С. 130-133.

14. Кривошеев А. С., Хасанов А. П. Лечебные озера Красноярского

края. Красноярск: Кн. изд-во. 1990. С. 190.

15. Кузнецов С. И. Микрофлора озер и ее геохимическая деятельность.

Л.: Наука Ленингр. отд. 1970. С. 440.

16. Кусковский В. С., Кривошеев А. С. Минеральные озера Сибири.

Новосибирск: Наука СО. С. 190.

17. Лунина О. М., Брянцева И. А., Акимов В. Н., Русанов И. И., Рогозин Д. Ю., Баринова, Е. С., и др. Сезонные изменения структуры сообщества аноксигенных фототрофных бактерий озера Шунет (Хакасия) // Микробиология. 2007а. том 76. № 3. С. 416-428.

18. Лунина О. Н., Брянцева И. А., Акимов В. Н., Русанов И. И., Баринова Е. С., Лысенко А. М., и др. Сообщество анокисегенных фототрофных бактерий озера Шира (Хакасия) // Микробиология. 20076. том 76. № 46. С. 533544.

19. Мартынова М. В. Донные отложения как составляющая лимнических систем / под ред. Т. И. Моисеенко. М: Наука. 2010. С. 243.

20. Природный комплекс и биоразнообразие участка "Озеро Шира" заповедника "Хакасский" / под ред. В.В. Непомнящего. Абакан: Хакасское книжное издательство. 2011. С. 420.

21. Перушкина Е. В., Сироткин А. С., Садыкова 3. О., Мубарашкина Л. Ф. Микробная деградация серосодержащих поллютантов в составе химически загрязненных сточных вод // Материалы 3-его Байкальского Микробиологического Симпозиума с международным участием. Иркутск. 2011. С. 96-98.

22. Попова Т.Г. К познанию альгофлоры водоемов Северной Хакасии // Известия Западно - Сибирского филиала Академии наук СССР. Серия

биологическая. 1946. № 1. С 51-72.

23. Пименов Н. В., Русанов И. И., Карначук О. Н., Рогозин Д. Ю. // Микробиология. 2003. Том. 72. № 2. С. 259-267.

24. Рогозин Д. Ю., Зыков В. В., Генова С. Н., Дегерменджи А. Г. Экология фототрофных серных бактерий и ее связь с лимнологическими характеристиками в меромиктических озерах Хакасии (Россия) // Материалы 3-го Байкальского Микробиологического Симпозиума с международным

участием, Иркутск. 2011. С. 102-104.

25. Рогозин Д. Ю., Зыков В. В., Калугин И. А., Дарьин А. В., Дегерменджи А. Г. Каротиноиды фототрофных организмов в донных отложениях меромиктического озера Шира (Россия, Сибирь) как индикатор стратификации озера в прошлом // Доклады Академии наук. 2011. том 439. № 2. С. 282-285.

26. Рогозин Д. Ю., Зыков В. В., Чернецкий М. Ю., Дегерменджи А. Г. Аноксигенные фототрофные бактерии меромиктических озер Южной Сибири в подледный период: пространственные распределения и экологические условия // Доклады академии наук. 2009. том 424, № 5. С. 712-717.

27. Рогозин Д. Ю., Пименов Н. В., Косолапов Д. Б., Дегеременджи А. Г. Тонкослойные вертикальные распределения пурпурных серных бактерий в зонах хемоклина меромиктических озер Шира и Шунет (Хакасия) // Доклады АН. 2005. том 400. № 3. С. 426-442.

28. Рогозин Д. Ю., Трусова М. Ю., Хромечек Е. Б., Дегерменджи А. Г. Микробное сообщество хемоклина меромиктического озера Шунет (Хакасия, Россия) в период летней стратификации // Микробиология. 2010. том 79. № 2. С. 277-285.

29. Саввичев А. С., Русанов И. И., Рогозин Д. Ю. // Микробиология.

2005. том 74. № 4. С. 552-561.

30. Соловьев А. А., Ерохин Ю. Е. Распределение бактериохлорофилла между пигмент-белковыми комплексами серной фотосинтезирующией бактерии Allochromatium minutissimum в зависимости от интенсивности освещения при различных температурах // Микробиология. 2008. том 77. № 5. С. 603-610.

31. Тихомиров А. И. Термика крупных озер. JI: Наука. 1982. С. 232.

32. Шлегель Г. Общая микробиология. Мир. 1987. С. 567.

33. Araujo P. W., Brereton R. G. Stability Studies of Chlorophyll a Using Different Storage systems // Analytical Proceedings Including Analytical

Communications. 1995. V. 32. P. 415-417.

34. Beatty J. T. On the natural selection and evolution of the aerboic

phototrophic bacteria. Photosynthesis Research. 2002. V. 73. P. 109-114.

35. Belolipetskii V. M., Genova S. N., Gavrilova L. V., Kompaniets L. A. Mathematical models and computer programmes for the investigation of hydrophysical processes in Lake Shira // Aquatic Ecology. 2002. V. 36, № 2. P. 143152.

36. Boehrer В., Schultze M. Stratification of Lakes // Reviews of

Geographysics. 2008. V. 46.

37. Bohme K., Wilhelm C., Goss R. Light regulation of carotenoid biosynthesis in the prasinophycean alga Mantoniella squamata // Photochemical & Photobiological Sciences. 2002. V. 1. P. 619-628.

38. Bohrer B., Heidenreich H., Schimmele M., Schultze M. Numerical prognosis for salinity profiles of future lakes in the opencast mine Merseburg-Ost // International Journal of Salt Lake Research. 1998. V. 7. P. 235-260.

39. Bonnett R., Mallams A. K., Spark A. A., Tee J. L., Weedon B. C. Carotenoids and Related Compounds. Part XX. Structure and Reactions of Fucoxanthin // J. Chem. Soc.1969. P. 429-454.

40. Borrego C. M., Garcia-Gil L. J. Separation of bacterio chlorophyll homologues from green photosyntetic sulfur bacteria by reversed-phase HPLC // Photosyntesis Reseach. 1994. Y. 41. P. 157-163.

41. Britton G. Carotenoids and Polyterpenoids // Natural Product Reports.

1989. V. 6. P. 359-...

42. Casamayor E. O., Mas J., Pedros-Alio C. In Situ Assesment on the Physiological State of Purple and Green Sulfur Bacteria through the Analyses of Pigment and 5S rRNA Content // Microbial Ecology. 2001. V. 42. P. 427-437.

43. Coolen M. J., Overmann J. Analysis of Subfossil Molecular Remains of Purple Sulfur Bacteria in a Lake Sediment // Applied and Enviromental Ecology.

1998. Y. 64, № 11. P. 4513-4521.

44. Davies A., Khare A., Malams A. K., Massy-Westropp R. A., Moss G. P., Weedon B. C. Carotenoids and Related Compounds. Part 38. Synthesis of (3RS,3'RS)-Alloxanthin and Other Acetylenes // J. Chem. Soc. 1984. P. 2147 - 2157.

45. Degermendzy A. G., Zadereev E. S., Rogozin D. Y., Prokopkin I. G., Barkhatov Y. V., Tolomeev A. P. et al. Vertial stratification of physical chemical and biological components in two saline lakes Shira and Shunet(South Siberia, Russia) // Aquatic Ecology. 2010. V. 44. P. 619-632.

46. Deldon C., Hanselman K., Peduzzi R., Bachofen R. Orographical and geochemical description of the meromictic Alpine Lake Cadagno // Documenta dell'Istituto Italiano di Idrobiologia. 1998. V. 63. P. 5-9.

47. Dressier M., Hubener T., Gors S., Werner P., Selig U. Multi-proxy reconstruction of trophic state, hypolimnetic anoxia and phototrophic sulphur

adundance in a dimictic lake in Northern Germany over the past 80 years // J.

Paleolimnol. 2007. V. 37. 205-219.

48. Duval B., Ludlam S. D. The Black Water Chemocline of Meromictic Lower Mystic Lake Massachusetts, U.S.A. // Internat. Rev. Hydrobiol. 2001. V. 86, №2. P. 165-181.

49. Egli C., Wiggli M., Klug J., Bachofen R. Spatial and temporal dynamics of the cell density in a plume of phototrophic microorganisms in their natural enviroment // Documenta dell'Istituto Italiano di Idrobiologia. 1998. V. 63. P. 121126.

50. Fuchs B. M., Glockner F. O., Wulf J., Amann G. Unlabeled Helper Oligonucleotides Increse the In Situ Accesibility to 16S rRNA of Fluorescently Labeled Oligonucleotide Probes // Apllied and enviromental Microbiology. 2000. V.

66. № 8. P. 3603-3607.

51. Gaevsky N. A., Kolmakov V. I., Anishchenko O. V., Gorbaneva, T. B. Using DCMU-fluorescence method for the identification of dominant phytoplancton groups // Journal of Applied Phycology. 2005. V. 17. P. 483-494.

52. Gaevsky N. A., Zotina T. A., Gorbaneva T. B. Vertical structure and photosynthetic activity of Lake Shira phytoplankton // Aquatic Ecology. 2002. V. 36. №2. P. 165-178.

53. Garcia-Gil J., Abella C. A. Grown parametrs of green phototrophic bacteria pure cultures: A study on "in vivo" absorbtion values // Scientia gerundensis.

1986. V. 12. P. 59-66.

54. Garcia-Gil L. J., Vicente E., Camacho A., Borrego C. M., Vila X., Cristina X. P. Vertical distribution of photosyntetic sulphur bacteria linked to saline gradients in Lake 'El Tobar' (Cuenca, Spain) // Aquatic Microbial Ecology. 1999. V. 20. P. 299-303.

55. Genova S. N., Belolipetskii V. M., Rogozin D. Y., Degermendzhy A. G., Mooij W. M. A one-dimensional model of vertial stratification of Lake Shira

focussed on winter condition and ice cover // Aquatic Ecology. 2010. V. 44. P. 571584.

56. Gest H. Photaxis and other sensority phenomena in purple phótosyntetic bacteria// FEMS Microbiology Reviews. 1994. № 16. P. 287-294.

57. Goldberg E. L., Phedorin M. A., Grachev M. A., Bobrov V. A., Dolbnya L. P., Khlystov O. M. et al. Geochemical signals of orbital forcing in the records of paleoclimates found in the sediments of Lake Baikal // Nuclear Instruments and methods in Physics Research. 2000. P. 384-393.

58. Goodwin T. W. The biochemistry of the carotenoids. Volume. I. Plants. London and New York: Chapman and Hall. 1980.

59. Grachev M. A., Vorobyova S. S., Likhoshway Y. V., Goldberg E. L., Zibrova G. A., Levina O. V. et al. A high-resolution diatom record of the paleoclimates of east Siberia for the last 2.5 My from Lake Baikal // Quaternary

Science Reviews. 1998. V. 17. P. 1101-1106.

60. Grung M., Metzger P., Liaaen-Jensen S. Primary and secondary carotenoids in two races of the green alga Botryococcus braunii // Biochem. System.

Ecol.. 1989. V. 17. P. 263-269.

61. Guerrero R., Montesinos E., Pedros-Alino C., Mas J., van Gemerden H., Hofman P. A. et al. Phototrophic sulfur bacteria in two Spanish lakes: Vertical distribution and limiting factors // Limnology Oceanography. 1985. V. 30, № 5. P. 919-931.

62. Haugan J. A., Englert G., Glinz E., Liaaen-Jensen S. Structural Assignmets of Geometrical Isomers of Fucoxanthin // Acta Chem. Scand. 1992. V. 46. P. 389-395.

63. Hammer U.T. Life and times of 5 Saskatchewan saline meromictic lakes // Internationale revue der gesamten hydrobiology. 1994. Vol. 79. № 2. P. 235-248.

64. Hodgson D. A., Wright S. W., Tyler P. A., Davies N. Analysis of fossil pigments from algae and bacteria in mermictic Lake Fidler, Tasmania, and application to lake menagement // Journal of Paleolmnology. 1998. P. 1-22.

65. Hogdson D. A., Simon W. W., Davies N. Mass spectrometry and reverse phase HPLC techniques for the identification of degraded fossil pigments in lake sediments and their application // Journal of paleolimnology. 1997. № 18. P. 335-350.

66. Hogdson D., Tyler P., Vyverman W. The paleolimnology of Lake Fidler, a meromictic lake in south-west Tasmania and the significance of recent human impact//Journal of Paleolimnology. 1996. V. 18. P. 313-333.

67. Hutchinson G. E. A treatise on limnology . Vol. 1 / J. Wiley, Ed. New York: Geography. Physics and Chemistry. 1957.

68. Ilyashuk B. P., Ilyachuk E. A. Chironomid record of Late Quaternary climatic and enviromental changes from two sites in Central Asia (Tuva Republic, Russia) - local, regional or global causes? // Quaternary Science Reviews. 2007. V. 26. P. 705-731.

69. Jeffrey S. W., Humfrey G. F. New spectrophotometric equations for determining chlorophylls a,b,c in higher plants algae and natural phytoplankton // Biochem.Physiol. Pflanz. 1975. V. 167. P. 161-194.

70. Jelisson R., Melack J. M. Meromoxis in hypersaline Mono Lake, California. 1. Stratification and Vertical Mixing during the Onset, Persistence, and Breakdown of Meromixis // Limnology and Oceanography. 1993. V. 38, № 5. P. 1008-1019.

71. Jorgensen B.B., Revsdech N.P. Colorless sulfur bacteria, Beggiatoa spp. and Thiowulum spp., in 02, and H2S microgradients. // Appl. Environ. Microbiol.

1983. V. 45.P.1261-1270.

72. Jordi U., Jordi M.-C., Guerrero R. Biodégradation of Poly-p-Hydroxyalkanoates in Lake Sediment Sample Increases Bacterial Sulfate Reduction // Applied and Enviromental Microbiology. 1995. V. 61, № 5. P. 2046-2048.

73. Kalacheva G. S., Gubanov V. G., Gribovskaya I. V., Gladchenko I. A., Zinenko G. K., Savitsky S. V. Chemical analysis of Lake Shira water (1997-2000) // Aquatic Ecology. 2002. V. 36, № 2. P. 123-141.

74. Karsten U., Klimant I., Hoist G. A new in vivo fluometric technique to measure growth of adhering phototrophic microorganisms // Appl. Environ. Microbiol. 1996. V. 62, № 1. P. 237-243.

75. Khromechek E. B., Barkhatov Y. V., Rogozin D. Y. Densities and distribution of flagellates and ciliates in the chemocline of saline, meromictic Lake Shunet (Siberia, Russia) // Aquatic Ecology. 2010. V. 44. P. 497-511.

76. Kopylov A. I., Kosolapov D. B., Degermengzhy N. N., Zotina T. A., Romanenko A. V. Phytoplancton, bacterial production and protozoan bacterivory in stratified, brackish-water Lake Shira (Khakasia, Siberia) // Aquatic Ecology. 2002a.

V. 36, №2. P. 205-217.

77. Kopylov A. I., Kosolapov D. B., Romanenko A. V., Degermendzhy A. G. Structure of planktonic microbial food wed in a brackish stratified Siberian lake // Aquatic Ecology. 2002b. V. 36, № 2. P. 179-204.

78. Kornola A., Rautio M. Cladocera and other Branchipod Crustaceans. In J. P. Smol H. J. Birks W. M. Last, Tracking Enviromental Change Using Lake

Sediments. Volume 4: Zoological Indication. 2001.

79. Kuwabara T., Hasegawa M., Kawano M., Takaichi S. Characterization of violaxanthin de-epoxidase purified in the presence of Tween 20: effects of dithiothreitol and pepstatin A PubMed ID:10635115 // Plant Cell Physiol. 1999. V. 40. P. 1119-1126.

80. Lami A., Guilizzoni P., Marchetto A. High resolution analysis of fossil pigments, carbon, nitrogen and sulphur in the sediment of eight European Alpine lakes; the MOLAR project// Journal limnology. 2000. V. 59. № 1. P. 15-28.

81. Leavitt P. R. A review of factors that regulate carotenoids and chlorophyll deposition and fossil pigment abundance // Journal of paleolimnology.

1993. V. 9. P. 109-127.

82. Leavitt P. R., Findlay D. L. Comparasion of fossil pigments with 20 years of phytoplancton data from eutrophic Lake 227, Experimental Lakes Area, Ontario // Can j Fish Aquat Sci. 1994. V. 51. P. 2286-2299.

83. Lee Y.-J., Prange A., Lichtenberg H., Rohde M., Deshti M., Wiegel J. In Situ Analysis of Sulfur Species in Sulfur Globules Produces from Thiosulfate by Thermoanaerobacter sulfurigignens and Thermoanaerobacterium Thermosulfurigenes II Journal of Bacteriology. 2007. V. 189, № 20. P. 7525-7529.

84. Lehmann C., Bachofen L., Bachofen R. Tools for the evaluation of sources and sinks of sulfide in Lake Cadagno // Documenta dell'Istituto Italiano di Idrodiologia. 1998. V. 63. P. 99-104.

85. http://Lipidbank.jp.

86. Luthy L., Fritz M., Bachofen R. In Situ Determination of Sulfide Turnover Rates in a Meromictic Alpine Lake // Applied and Enviromental Microbiology. 2000. V. 66, № 2. P. 712-717.

87. Maclntyre S., Jellison R. Nutrient fluxes from upwelling and enhaced turbulence at the top of the pycnocline in Mono Lake, California. // Hydribiologia.

2001. V. 466. P. 13-29.

88. Mackay A. W. The paleoclimatology of Lake Baikal: A diatom synthesis

and prospectus // Earth-Science reviews. 2007. V. 82. P. 181-215.

89. Madigan M. T., Jung D. O., Karr E. A., Sattley W. M., Achenbach L. A., van der Meer T. J. Diversity of Anoxygenie Phototrophs in contrasting Extreme Enviroment // Geothermal Biology and Geochemistry in Yellowstone National Park. 1998. P. 204-220.

90. Malorqui N., Arellano J. B., Borrego C. M., Garcia-Gil L. J. Signature pigments of green sulfur bacteria in ancient sediments from the Banyoles lacustrine area // Journal of Paleolimnology. 2005. V. 34. P. 271-280.

91. Marki-Fischer E., Butikofer P. A., Buchecker R., Eugster C. H. Absolute configuration of loroxanthin (=(3R,3,R,6'R)-b,e-carotene-3,19,3'-triol) // Helv. Chim.

Acta. 1983. V. 66. P. 1175 -1182.

92. Melack J. M., Jellison R. Limnological conditions in Mono Lake: contrasting monomixis and meromixis in 1990s // Hydrobiologia. 1998. V. 384. P. 21-39.

93. Montesinos E., Guerrero R., Abella C., Esteve I. Ecology and physiology of competition for light between Chlorobium limicola and Chlorobium paeobacteroides in natural habitans // Applied Enviroment. 1983. V. 46. P. 1008.

94. Muntean A., Dragos N., Bercea V. Carotenoids as biomarkers of Botryococcus brauni algae // Veterinary Medicine. 2007. P. 49-54.

95. Nobuyasu I., Yukinori T., Mitsuyuki S. Sedimentary photosynthetic pigments of algae and phototrophisc bacteria in Lake Hamana, Japan: temporal changes of anoxia in its five basins // Limnology. 2003. V. 4. P. 139-148.

96. Nowaczyk N. R., Melles M., Minyuk P. A revised age model for core PG1351 from Lake El'gygytgyn, Chukotka, based on magnetic susceptibilitu variations tuned to northern hemisphere insolation variations // Journal of

Paleolimnology. 2007. V. 37. P. 65-76.

97. Overmann J. Characterization of a dense, purple sulfur bacterial layer in

meromictic salt lake // Limnology Oceanography. 1991. V. 36, № 5. P. 846-859.

98. Overmann J. Mahoney Lake: A Case Study of the Ecological Significance of Phototrophic Sulfur Bacteria // Advances in Microbial Ecology. 1997. P. 251-289.

99. Overmann J. The Family Chlorobiaceae // Prokaryotes. 2006. P. 359378.

100. Overmann J., van Gemerden H. Microbial interactions involving sulfur bacteria: implications for the ecology and evolution of bacterial communities // FEMS Microbiology Reviews. 2000. V. 24. P. 591-599.

101. Overmann J., Beatty J. T., Hall K. J. Photosynthetic activity and population dynamics of Amoebobacter pupureus in a meromictic saline lake // FEMS

Microbiology Ecology. 1994. V. 15. P. 309-320.

102. Overmann J., Beatty J. T., Hall K. J. Purple Sulfur Bacteria Control the

Growth of Aerobic Heterotrophic Bacterioplankton in a Meromictic Salt Lake // Applied and Enviromental Ecology. 1996. V. 62, № 9. P. 3251-3258.

103. Overmann J., Hall, K. J., Northcore T. G., Beatty J. T. Grazing of the copepod Diaptomus connexus on purple sulphur bacteria in meromictic salt lake 11 Enviromental Microbiology. 1999. V. 1, № 3. P. 213-221.

104. Overmann J., Sandman G., Hall K. J., Northcote T. G. // Aquatic Sciences. 1993. V. 55, № 1. P. 1015-1621.

105. Parnachev V. P., Degermendzhy A. G. Geographical, geological and hydrocemical distribution of saline lakes in Khakasia, Southern Syberia // Aquatic ecology. 2002. V. 36, № 2. P. 107-122.

106. Pearce D. A., van Gast C. J., Lawley B., Ellis-Evans J. C. Bacterioplankton community diversity in a maritime Antarctic lake, determined by culture-dependent and culture-independent techiniques // FEMS Microbiology

Ecology. 2003. V. 45. P. 59-70.

107. Pedros-Alio C., Mas J., Gasol J. M., Guerrero R. Sinking speeds of free-living phototrophic bacteria determined with covered and uncovered traps. // Journal of Plankton Research. 1989. V. 11. № 5. P. 887-905.

108. Peduzzi R., Demarta A., Tonnola M. The meromictic Lake Cadagno: an overview // Lake Cadagno: a meromictic Alpine lake. 1998. V. 63. P. 1-4.

109. Pfennig N., Truper H. G. The Family Chromatiaceae. / A. Balows, H. G. Truper, M. Dworkin, W. Harder, K. H. Schleifer (Eds.). The Prokaryotes. NY. 1992. P. 3200- 3221.

110. Prange A., Chauvistre R, Modorow H., Hormes J., Truper H. G., Dahl C. Quantitative speciation of sulfur in bacterial sulfur globules: X-ray absorption spectroscopy reveals at least three different species of sulfur // Microbiology. 2002. V. 148. P. 267-276.

111. Pringault O., de Wit R, Kuhl M. A Microsensor Study of the Interaction between Purple Sulfur and Green Sulfur Bacteria in Experimental Banthic Gradients // Microbial Ecology. 1999. V. 37. P. 173-184.

112. Prokopkin I. G., Mooji W. M., Janse J. H., Degermendzhy A. G. A general one-dimentional vertical ecosystem model of Lake Shira (Russia, Khakasia): description, parametriztion and analysis // Aquatic Ecology. 2010. V. 44. P. 585-618.

113. Rodrigo M. A., Miracle M. R., Vicente E. The meromictic Lake La Cruz (Central Spain). Patterns of stratification//Aquatic ecology. 2001. V. 63. P. 406-416.

114. Rogozin D. Y., Genova S. N., Gulati R. D., Degermendzhy A. G. Some generalization based on stratification and vertical mixing in meromictic Lake Shira, Russia, in period 2002-2009 // Aquatic Ecology. 2010. V. 44, № 3. P. 485-496.

115. Rogozin D. Y., Zykov V. V., Chernetsky M. Y., Degermendzhy A. G., Gulati R. D. Effect of winter condition on distridution of aonoxic phototrophic bacteria in two meromictic lakes in Siberia, Russia // Aquatic Ecology. 2009. V. 43. P. 661-672.

116. Romero-Viana L., Keely B. J., Camacho A., Vicente E., Miracle M. R. Photoautotrophic community changes in Lagunillo del Tejo (Spain) in response to lake level fluctuation: Two centuries of sedimentary pigment cords // Organic Geochemistry. 2009. V. 40, № 3. P. 376-386.

117. Santisteban J.I., Mediavilla R., Lopez-Pamo E., Dabrio C.J., Ruiz Zapata M.B., Gil Garcia M. J., Castano S., Martinez-Alfaro P. E. Loss on ignition: qualitative or quantitative method for organic matter and carbonate mineral content in sediments? // Journal of Paleolimnology. 2004. Vol. 32. P. 287-299.

118. Schmidt R., Psenner R., Muller J., Indinger P., Kamenik C. Impact of late glacial climate variations on stratification and trophic state of the meromictic lake Langsee (Austria): validation of conceptual mode by multiproxy studiesl // J.

Limnol. 2002.V. 61, № 1. P. 49-60.

119. Soma Y., Tani Y., Soma M., Mitake H., Kurihara R., Hashimoto S. et al. Sedimentary steryl chlorin esters (SCEs) and other photosyntetic pigments as indicators of paleolimnological change over the last 28,000 years from the Buguldeika Saddle of Lake Baikal // Journal of Paleolimnology. 2006. V. 37. P. 163175.

120. Stanier R. Y., Smith J. H. The chlorophylls of green bacteria // Biochim Biophys Acta. 1960. V. 41. P. 478-484.

121. Takahashi M., Ishimura S. Photosynthetic properties and growth of photosynthetic sulfur bacteria in lakes // Limnology Oceanography. 1970. V. 15. P. 929-944.

122. Takaichi S., Shimada K. Characterization of carotenoids in photosynthetic bacteria // Methods Enzymol. 1992. V. 213. P. 374-385.

123. Takaichi S. Carotenoids and Carotenogenesis in Anoxygenic Photosynthetic Bacteria / H. A. Frank, A. J. Young, G. Britton, R. J. Cogdell (Eds.) // The Photochemistry of Carotenoids. Netherlands: Kluwer Academic Publishers. 1999. P. 39-69.

124. Takaichi S. Characterization of carotenes in a combination of a CI8 HPLC column with isocratic elution and absorption spectra with a photodiode-array detector // Photosynth. Res. 2000. V. 65. P. 93-99.

125. Takaichi S., Mochimaru M. Carotenoids and caroteno genesis in Cyanobacteria: unique carotenoids and carontenoid glicosides // Cellular and Molecular Life Sciences. 2007. V. 64. P. 2607-2619.

126. Tao L., Picataggio S., Rouviere P. E., Cheng Q. Asymmetrically acting lycopene (3-cyclases (CrtLm) from non-photosynthtic bacteria // Mol Gen Genomics. 2004. V. 271. P. 180-188.

127. Tonolla M., Demarta A., Hahn D., Peduzzi R. Microscopic and molecular in situ characterization of bacterial population in the meromictic Lake Cadagno // Lake Cadagno: a meromictic Alpine lake. 1998. P. 31-33.

128. Tonolla M., Peduzzi R, Hahn D. Long-Term Population Dynamics of Phototrophic Sulfur Bacteria in the Chemocline of Lake Cadagno, Switzerland // Applied and Enviromental Microbiolody. 2005. V. 71, № 7. P. 3544-3550.

129. Tylmann W., Szpakovwska K., Ohlendorf C., Woszczyk M., Zolitschka B. Conditions for deposition of annually laminated sedimanets in small meromictic

lakes: a case study of Lake Suminko (northern Poland) // Journal of Paleolimnology. 2012. Vol.47. P. 55-70.

130. van Gemerden H., Mas J. Ecology of phototrophic sulfur bacteria / R. E. Blankenship, M. T. Madigan, C. E. Bauer (Eds.). Anoxygenic photosynthetic bacteria. Netherland: Kluwer Academic Publishers. 1995. P. 49-85.

131. van Gemerden H., Tughan C. S., de Wit R., Gerbert R. A. Laminated microbial ecosystems on sheltered beaches in Scapa Flow, Orkney Islands // FEMS Microbiol Ecol. 1989. V. 62. P. 87-102.

132. van Gemerden H., Montesinos E., Mas J., Guerrero R. Diel cycle of metabolism of phototrophic purple sulfur bacteria in Lake Ciso(Spain) // Limnology Oceanography. 1985. V. 30, № 5. V. 932-943.

133. von Zullig H. Vorlaufige Mitteilungen über das Vorcommen des aus Purpurbacterien stammended Pigments Okenon Seesedimenten // Z. Hydrol. 1984. V. 46, № 2.

134. Walsby A. E., Schanz F., Schmid M. The Burgundy-blood phenomenon: a model of buoyancy change explains autumnal waterblooms by Planktotrix rubescens in Lake Zurich // New Phytilogist. 2005.

135. Watson S.W., Novitsky J. A., Quinby H. L., Valois F. W. Determination of bacterial number and biomass in the marine environment // Appl. environ. Microbiol. 1977. V. 33. P. 940-947.

136. Zamana L. V., Borzenko S. V. Hydrogen sulfide and other reduced froms of sulfur in oxic waters of Lake Doroninskoe // Eastern Transbaikalia Doklady earth sciences (Proceedings of the Russian Academy of Sciences). 2007. V. 417. P. 1268-1271.