Сравнительное исследование микробных сообществ щелочных слабоминерализованных гидротерм Байкальской рифтовой зоны и щелочных минерализованных гидротерм озера Моно-Лейк на острове Паоха - Диссертация

Актуальность проблемы. Системные исследования мезофильных алкалофильных сообществ начались сравнительно недавно (Заварзин, 1993). Однако до последнего времени очень мало внимания уделялось изучению организмов, способных существовать при высоких температурах и высоких значениях рН (Wiegel, 1998). Термальные воды с рН>8.5 и температурой выше 45°C широко распространены в природе (Басков, Суриков, 1989; Соломин, Крайнов, 1998). Физико-химические параметры щелочных термальных вод сильно отличаются от нейтральных и кислых вод, что создает особые условия для существования экстремофильных микроорганизмов. (Крайнов, Швец, 1980; Garrels, Christ, 1959; Belkin et al., 1985). Сведения о видовом составе щелочных гидротерм были разрознены (Компанцева, Горленко, 1988; Юрков и др., 1991; Бонч-Осмоловская и др., 1999; Brock et al., 1971, Grant, Tindall, 1986; Duckworth et al., 1996; Marteinsson et al., 2001; Krienitz et al., 2003). Целью настоящей работы являлось сравнительное исследование микробных сообществ щелочных слабоминерализованых гидротерм Байкальской рифтовой зоны (Б.р.з.) и щелочных минерализованых гидротерм озера Моно-Лейк на острове Паоха. Основные задачи исследования состояли в следующем: Изучение состава микробных сообществ щелочных термальных источников в связи с изменением физико-химических условий. Изучение активности продукционных и терминальных деструкционных процессов в фототрофных и хемотрофных микробных сообществах в разных экологических зонах источников. Исследование экофизиологических особенностей термофильных микроорганизмов участвующих в циклах углерода и серы в сообществах. Изучение участия микробных сообществ щелочных гидротерм в минералообразовании. В фототрофных сообществах щелочных низкоминерализованных термальных источниках доминируют цианобактерии, приспособленные к росту в щелочных условиях. Алкалотолерантные аноксигенные фототрофные бактерии Chloroflexus aurantiacus обнаружены только в низкоминерализованных гидротермах при температурах от 65 до 35°С. Из высокотемпературной зоны источника (от 90 до 50°С) был выделен новый вид анаэробной алкалотермофильной ферментирующей бактерии Anaerobranca californiensis и показана ее способность к восстановлению серы, тиосульфата, полисульфида, Fe(III), Se(VI). В лабораторных экспериментах установлено, что термофильная аноксигенная фототрофная бактерия Chloroflexus aurantiacus образует чехлы накапливающие окисное железо в аэробных темновых условиях. Результаты исследований доложены автором на: Международной конференции Thermophiles98 6-11 сентября 1998 г., Брест, Франция; Научной конференции Проблемы экологии и физиологии микроорганизмов: к 110-летию со дня рождения профессора Е.Е. Успенского, 21 декабря 1999 г., Москва; Школе-конференции Горизонты физико-химической биологии, 28 мая-2 июня 2000 г., Пущино; Международной конференции Central Asian ecosystems - 2000, 5-7 сентября 2000 г., Улан-Батор, Монголия; Международной конференции Экология Сибири, Дальнего Востока и Арктики, 5-8 сентября 2001, Томск; Региональной конференции Природные ресурсы Забайкалья и проблемы природопользования, 10-15 сентября 2001, Чита; ASM-meeting, май 2002, США; I международном симпозиуме Биокосные взаимодействия: Жизнь и камень, 25-27 июня 2002 г., Санкт-Петербург; International Geobiology Course, 12 июня - 26 июля 2003 г., Каталина, Калифорния; Всероссийской конференции Биоразнообразие и функционирование микробных сообществ водных и наземных систем Центральной Азии, 21-29 июля 2003 г., Улан-Удэ. Публикации. Автор выражает глубокую признательность научному руководителю д.б.н., проф. В.М. Горленко и сотрудникам Лаборатории экологии и геохимической деятельности микроорганизмов ИНМИ РАН, д.б.н., проф. Б.Б. Намсараеву и сотрудникам Лаборатории микробиологии ИОЭБ СО РАН, проф. К. Анализ 16S рРНК выполнила к.б.н. Т.П.Турова (ИНМИ РАН). Определение интенсивностей микробных процессов проводилось совместно с В.И. Качалкиным (ИНМИ РАН) и к.б.н. С.П. Бурюхаевым (ИОЭБ СО РАН). Пробы керна Гаргинского травертина были предоставлены д. г.-м. н. А.М. Плюсниным (ИГ СО РАН). ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1 Характеристика основных типов щелочных гидротерм В настоящее время известно большое количество классификаций термальных вод, использующие различные классификационные признаки: температуру, рН, анионный и газовый состав, условия формирования термальных вод (Посохов, 1975; Перельман, 1972; Басков, Суриков, 1989). Даже по данным тех авторов, которые допускают существование в гидротермах Б. р.з. магматогенных вод, доля последних не превышает нескольких процентов (Ломоносов, 1974). Изливающиеся азотные воды имели рН 10, температуру 71°С, минерализацию 291 мг/л и содержали 0.32 мг/л сульфида. В анионном составе, как правило, доминирует сульфат (Ломоносов, 1974; Соломин, Крайнов, 1998; Замана, 2000а,б). Добавление дрожжевого экстракта (до 1 г/л) стимулирует абиогенное восстановление, дальнейшее увеличение содержание дрожжевого экстракта не оказывает влияния на восстановление серы. Повышение рН на 1 единицу