Микробные сообщества донных осадков Аласных озер Центральной Якутии как индикаторы сельскохозяйственной нагрузки

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Аласные (термокарстовые) котловины с расположенными в них озерами представляют собой уникальные ландшафты криолитозоны, широко распространенные на территории Центральной Якутии и традиционно используемые коренным населением для хозяйственных нужд (в качестве источников воды, пастбищных и сенокосных угодий). Кроме того, аласы имеют важное климатическое значение, поскольку являются активными источниками эмиссии парниковых газов. Микробные сообщества играют ключевую роль в трансформации захороненного и современного органического вещества, поступающего в аласные экосистемы в результате воздействия климатических и антропогенных факторов. Однако микробиологические исследования таких экосистем крайне редки. В данной работе охарактеризовано филогенетическое разнообразие микробных сообществ донных осадков трех аласных озер Центральной Якутии – Тюнгюлю, Табы и Харыялах. Установлено, что в осадках преобладают анаэробные хемогетеротрофные прокариоты, но вместе с тем выявлено большое разнообразие некультивируемых микроорганизмов с неизвестным метаболизмом. Показано, что микробные сообщества донных осадков могут быть индикаторами сельскохозяйственной нагрузки, которую испытывают озера. Микроорганизмы цикла метана имели высокую представленность в озере с наименьшей антропогенной нагрузкой.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

О. С. Самылина

Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского, ФИЦ Биотехнологии РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: olga.samylina@gmail.com
Россия, Москва, 117312

В. А. Габышев

Институт биологических проблем криолитозоны СО РАН – обособленное подразделение ФИЦ “Якутский научный центр СО РАН”

Email: olga.samylina@gmail.com
Россия, Якутск, 677980

А. И. Косякова

Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского, ФИЦ Биотехнологии РАН

Email: olga.samylina@gmail.com
Россия, Москва, 117312

В. В. Кадников

Институт биоинженерии им. К.Г. Скрябина, ФИЦ Биотехнологии РАН

Email: olga.samylina@gmail.com
Россия, Москва, 117312

А. В. Белецкий

Институт биоинженерии им. К.Г. Скрябина, ФИЦ Биотехнологии РАН

Email: olga.samylina@gmail.com
Россия, Москва, 117312

Н. В. Пименов

Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского, ФИЦ Биотехнологии РАН

Email: olga.samylina@gmail.com
Россия, Москва, 117312

Список литературы

  1. Босиков Н. П. Эволюция аласов Центральной Якутии. Якутск: ИМЗ СО РАН, 1991. 128 с.
  2. Горохов А. Н., Федоров А. Н. Современные тенденции изменения климата в Якутии // География и природные ресурсы. 2018. № 2. С. 111–119. https://doi.org/10.21782/GIPR0206-1619-2018-2(111-119)
  3. Gorokhov A. N., Fedorov A. N. Current trends in climate change in Yakutia // Geography and Natural Resources. 2018. V. 39. № 2. P. 153‒161. https://doi.org/10.1134/S1875372818020087
  4. Десяткин Р. В. Аласные экосистемы – основа развития скотоводства в суровых природно-климатических условиях Якутии // Наука и техника в Якутии. 2021. № 2 (41). С. 13‒18. https://doi.org/10.24412/1728-516Х-2021-2-13-18
  5. Итоги Всероссийской переписи населения 2020 г. Том 1. Численность и размещение населения. 5. Численность населения городских округов, муниципальных районов, городских и сельских поселений, городских населенных пунктов, сельских населенных пунктов // Электронный ресурс: https://14.rosstat.gov.ru/folder/179476
  6. Каллистова А. Ю., Саввичев А. С., Русанов И. И., Пименов Н. В. Термокарстовые озера – экосистемы с интенсивными микробными процессами цикла метана // Микробиология. 2019. Т. 88. С. 631–644. https://doi.org/10.1134/S0026365619060041
  7. Kallistova A.Yu., Savvichev A. S., Rusanov I. I., Pimenov N. V. Thermokarst lakes, ecosystems with intense microbial processes of the methane cycle // Microbiology (Moscow). 2019. V. 88. P. 649–661. https://doi.org/10.1134/S0026261719060043
  8. Кириллина К. С. Современные тенденции изменения климата Республики Саха (Якутия) // Ученые записки Российского государственного гидрометеорологичекого университета. 2013. № 30. С. 69‒77.
  9. Самылина О. С., Габышева О. И., Габышев В. А., Кадников В. В., Белецкий А. В., Косякова А. И., Каллистова А. Ю., Пименов Н. В. Планктонные микробные сообщества термокарстовых озер Центральной Якутии демонстрируют высокое разнообразие некультивируемых прокариот с неохарактеризованными функциями // Микробиология. 2024. Т. 93. С. 101–108. https://doi.org/10.31857/S0026365624020013
  10. Samylina O. S., Gabysheva O. I., Gabyshev V. A., Kadnikov V. V., Beletsky A. V., Kosyakova A. I., Kallistova A.Yu., Pimenov N. V. Planktonic microbial communities of thermokarst lakes of Central Yakutia demonstrate a high diversity of uncultivated prokaryotes with uncharacterized functions // Microbiology (Moscow). 2024. V. 93. P. 121–127. https://doi.org/10.1134/S0026261723603561
  11. Чербунина М. Ю., Шмелев Д. Г., Брушков А. В., Казанцев В. С., Аргунов Р. Н. Закономерности распределения метана в верхних горизонтах многолетнемерзлых пород Центральной Якутии // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2017. № 6. С. 105‒112. https://doi.org/10.33623/0579-9406-2017-6-105-112
  12. Anantharaman K., Brown C. T., Hug L. A., Sharon I., Castelle C. J., Probst A. J., Thomas B. C., Singh A., Wilkins M. J., Karaoz U., Brodie E. L., Williams K. H., Hubbard S. S., Banfield J. F. Thousands of microbial genomes shed light on interconnected biogeochemical processes in an aquifer system // Nat. Commun. 2016. V. 7. Art. 13219. https://doi.org/10.1038/ncomms13219
  13. Brown C. T., Hug L. A., Thomas B. C., Sharon I., Castelle C. J., Singh A., Wilkins M. J., Wrighton K. C., Williams K. H., Banfield J. F. Unusual biology across a group comprising more than 15% of domain Bacteria // Nature. 2015. V. 523. P. 208‒211. https://doi.org/10.1038/nature14486
  14. Brown D. R., Bradbury J. M., Johansson K.-E. Acholeplasma // Bergey’s Manual of Systematics of Archaea and Bacteria / John Wiley & Sons, Ltd. Chichester, UK: 2015. P. 1‒13. https://doi.org/10.1002/9781118960608.gbm01256
  15. Castelle C. J., Brown C. T., Anantharaman K., Probst A. J., Huang R. H., Banfield J. F. Biosynthetic capacity, metabolic variety and unusual biology in the CPR and DPANN radiations // Nat. Rev. Microbiol. 2018. V. 16. P. 629–645. https://doi.org/10.1038/s41579-018-0076-2
  16. Dedysh S. N., Yilmaz P. Refining the taxonomic structure of the phylum Acidobacteria // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2018. V. 68. P. 3796‒3806. https://doi.org/10.1099/ijsem.0.003062
  17. Desyatkin R. V., Desyatkin A. R. Ecosystems of alas landscapes ‒ the basis for the development of cattle breeding in the harsh natural and climatic conditions of the permafrost zone // Land. 2023. V. 12. Art. 288. https://doi.org/10.3390/land12020288
  18. Desyatkin A. R., Takakai F., Hatano R. Flood effect on CH4 emission from the alas in Central Yakutia, East Siberia // Soil Sci. Plant Nutrit. 2014. V. 60. P. 242–253. https://doi.org/10.1080/00380768.2014.883486
  19. Göker M., Oren A. Valid publication of four additional phylum names // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2023. V. 73. Art. 006024. https://doi.org/10.1099/ijsem.0.006024
  20. Han Y., Perner M. The globally widespread genus Sulfurimonas: versatile energy metabolisms and adaptations to redox clines // Front. Microbiol. 2015 V. 6. Art. 989. https://doi.org/10.3389/fmicb.2015.00989
  21. Hughes-Allen L., Bouchard F., Séjourné A., Fougeron G., Léger E. Automated identification of thermokarst lakes using machine learning in the ice-rich permafrost landscape of Central Yakutia (Eastern Siberia) // Remote Sensing. 2023. V. 15. Art. 1226. https://doi.org/10.3390/rs15051226
  22. Hughes-Allen L., Bouchard F., Laurion I., Séjourné A., Marlin C., Hatté C., Costard F., Fedorov A., Desyatkin A. Seasonal patterns in greenhouse gas emissions from thermokarst lakes in Central Yakutia (Eastern Siberia) // Limnol. Oceanogr. 2021. V. 66. № S1. P. S98–S116. https://doi.org/10.1002/lno.11665
  23. Jones R. T., Robeson M. S., Lauber C. L., Hamady M., Knight R., Fiereret N. A comprehensive survey of soil acidobacterial diversity using pyrosequencing and clone library analyses // ISME J. 2009. V. 3. P. 442–453. https://doi.org/10.1038/ismej.2008.127
  24. Liu Q., Song L., Zou S., Wu X., Zang S. Distribution characteristics and driving factors of the bacterial community structure in the soil profile of a discontinuous permafrost region // Forests. 2024. V. 15. Art. 1456. https://doi.org/10.3390/f15081456
  25. Martini M., Marcone C., Lee I. M., Firrao G. The Family Acholeplasmataceae (Including Phytoplasmas) // The Prokaryotes / Eds. Rosenberg E., DeLong E.F., Lory S., Stackebrandt E., Thompson F. Berlin, Heidelberg: Springer, 2014. https://doi.org/10.1007/978-3-642-30120-9_387
  26. McAuliffe C.C. GC determination of solutes by multiple phase equilibrium // Chem. Technol. 1971. V. 1. P. 46–51.
  27. Navarrete A. A., Kuramae E. E., de Hollander M., Pijl A. S., van Veen J. A., Tsai S. M. Acidobacterial community responses to agricultural management of soybean in Amazon forest soils // FEMS Microbiol. Ecol. 2013. V. 83. P. 607‒621. https://doi.org/10.1111/1574-6941.12018
  28. Oren A., Göker M. Candidatus List. Lists of names of prokaryotic Candidatus phyla // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2023. V. 73. Art. 005821. https://doi.org/10.1099/ijsem.0.005821
  29. Oren A., Göker M. Validation List no. 215. Valid publication of new names and new combinations effectively published outside the IJSEM // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2024. V. 74. https://doi.org/10.1099/ijsem.0.006173
  30. Ormerod K. L., Wood D. L.A., Lachner N., Gellatly S. L., Daly J. N., Parsons J. D., Dal’Molin C.G.O., Palfreyman R. W., Nielsen L. K., Cooper M. A., Morrison M., Hansbro P. M., Hugenholtz P. Genomic characterization of the uncultured Bacteroidales family S24-7 inhabiting the guts of homeothermic animals // Microbiome. 2016. V. 4. Art. 36. https://doi.org/10.1186/s40168-016-0181-2
  31. Prosser J. I., Head I. M., Stein L. Y. The Family Nitrosomonadaceae. // The Prokaryotes / Eds. Rosenberg E., DeLong E.F., Lory S., Stackebrandt E., Thompson F. Berlin, Heidelberg: Springer, 2014. https://doi.org/10.1007/978-3-642-30197-1_372
  32. Tian R., Ning D., He Z., Zhang P., Spencer S. J., Gao S., Shi W., Wu L., Zhang Y., Yang Y., Adams B. G., Rocha A. M., Detienne B. L., Lowe K. A., Joyner D. C., Klingeman D. M., Arkin A. P., Fields M. W., Hazen T. C., Stahl D. A., Alm E. J., Zhou J. Small and mighty: adaptation of superphylum Patescibacteria to groundwater environment drives their genome simplicity // Microbiome. 2020. V. 8. Art. 51. https://doi.org/10.1186/s40168-020-00825-w
  33. Zhang S., Wang Z., Yi L., Ye X., Suo F., Chen X., Lu X. Bacterial response to the combined pollution of benzo[a]pyrene and decabromodiphenyl ether in soil under flooding anaerobic condition // J. Hazard Mater. 2024. V. 465. Art. 133137. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.133137

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Географическое положение (а), спутниковые снимки (б‒г) и общий вид (д‒ж) озер Харыялах (б, д), Табы (в, е) и Тюнгюлю (г, ж). Белые стрелки указывают на точки отбора образцов.

Скачать (932KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Количество общих и уникальных ОТЕ в сообществах донных осадков трех аласных озер Центральной Якутии (диаграмма Венна). При построении диаграммы были объединены массивы данных всех горизонтов донных осадков для каждого озера; сравнивались объединенные массивы.

Скачать (103KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Разнообразие микробных сообществ донных осадков трех аласных озер Центральной Якутии на уровне филумов. Представлены филумы, относительная численность которых превышала 0.5%. Филумы с относительной численностью ниже 0.5% объединены в “другие Archaea” и “другие Bacteria”.

Скачать (293KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025