Микробные сообщества и биогеохимические процессы в высокогорных каскадных озерах Западного Кавказа (озеро Клухорское)

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

В августе 2023 года проведены исследования микробных сообществ водной толщи каскада высокогорных озер Западного Кавказа (оз. Клухорское). Были получены и проанализированы данные о составе микробных сообществ и биогеохимической активности микробных процессов. Озера каскада (Большое, Малое и Восточное Клухорские) располагаются на высоте 2670–2980 м и являются ультрапресными и олиготрофными, близкими по гидрохимическому составу, но различающимися по температуре и прозрачности воды. Величина первичной продукции фотосинтеза составляла 5.3–8.0 мкг С л–1 сут–1, темновой ассимиляции углекислоты 0.5–1.2 мкг С л–1 сут–1. Величины общей численности микроорганизмов варьировали от 70 до 150 тыс. кл. мл–1. В олиготрофных водах Клухорских озер в микробном сообществе доминировали бактериальные филы Actinobacteriota, Bacteroidota, Pseudomonadota, представляющие в основном аэробные гетеротрофные группы. Археи составляли менее 1% сообщества. Выявлены микроорганизмы, являющиеся индикаторами мутных и прозрачных вод изучаемых озер. Это аэробные грамположительные бактерии семейства Ilumatobacteraceae, психрофильные бактерии семейства Comamonadaceae – важные компоненты ледниковых микробиомов, и олиготрофные бактерии семейства Sphingomonadaceae, устойчивые к воздействию солнечного излучения, включая ультрафиолетовое. Сообщество микроводорослей водной толщи озера Большое Клухорское включало представителей зеленых микроводорослей, диатомовых водорослей Pinnularia, хризомонадных и криптофитовых водорослей. Состав микроводорослей в трех озерах заметно различался. Цианомикробиом прозрачного оз. Малое Клухорское был беднее, чем в оз. Большое Клухорское. В Большом Клухорском озере в толще воды были обнаружены копеподы Centropages sp. и Acanthodiaptomus denticornis, приспособленные к экстремальным условиям высокогорья, включая низкие температуры и высокую ультрафиолетовую радиацию. Результаты работы свидетельствуют о том, что образование новых перигляциальных озер и потеря связи с ледниками при их отступлении приводит к изменению структур планктонных сообществ при переходе от мутных ледниковых озер к прозрачным. Состав микробных сообществ водоемов и их биогеохимическая продуктивность могут быть индикаторами масштабных и локальных климатических изменений.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. С. Саввичев

ФИЦ Биотехнологии РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: savvichev@mail.ru

Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского

Россия, Москва

В. В. Кадников

ФИЦ Биотехнологии РАН

Email: savvichev@mail.ru

Институт биоинженерии им. К.Г. Скрябина

Россия, Москва

И. И. Русанов

ФИЦ Биотехнологии РАН

Email: savvichev@mail.ru

Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского

Россия, Москва

Е. Е. Захарова

ФИЦ Биотехнологии РАН

Email: savvichev@mail.ru

Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского

Россия, Москва

А. В. Белецкий

ФИЦ Биотехнологии РАН

Email: savvichev@mail.ru

Институт биоинженерии им. К.Г. Скрябина

Россия, Москва

Н. В. Равин

ФИЦ Биотехнологии РАН

Email: savvichev@mail.ru

Институт биоинженерии им. К.Г. Скрябина

Россия, Москва

А. Ю. Каллистова

ФИЦ Биотехнологии РАН

Email: savvichev@mail.ru

Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского

Россия, Москва

Д. К. Текеев

ФГБУ “Тебердинский национальный парк”

Email: savvichev@mail.ru
Россия, КЧР, Теберда, 369210

Н. В. Пименов

ФИЦ Биотехнологии РАН

Email: savvichev@mail.ru

Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского

Россия, Москва

Список литературы

  1. Беляев Н. А., Пересыпкин В. И., Поняев М. С. Органический углерод воды, взвеси и верхнего слоя донных осадков западной части Карского моря // Океанология. 2010. Т. 50. С. 748–757.
  2. Belyaev N. A., Peresypkin V. I., Ponyaev M. S. The organic carbon in the water, the particulate matter, and the upper layer of the bottom sediments of the west Kara Sea // Oceanology (Moscow). 2010. V. 50. P. 706–715.
  3. Даувальтер В. А., Денисов Д. Б. Особенности химического состава воды и донных отложений малых арктических горных озер // Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. 2019. Т. 16. С. 126–130. https://doi.org/10.31241/FNS.2019.16.026
  4. Русанов И. И., Саввичев А. С., Юсупов С. К., Пименов Н. В., Иванов М. В. Образование экзометаболитов в процессе микробного окисления метана в морских экосистемах // Микробиология. 1998. Т. 67. С. 710–717.
  5. Rusanov I. I., Savvichev A. S., Yusupov S. K., Pimenov N. V., Ivanov M. V. Production of exometabolites in the microbial oxidation of methane in marine ecosystems // Microbiology (Moscow). 1998. V. 67. P. 590–596.
  6. Саввичев А. С., Захарова Е. Е., Веслополова Е. Ф., Русанов И. И., Леин А. Ю., Иванов М. В. Микробные процессы циклов углерода и серы в Карском море // Океанология. 2010. Т. 50. С. 893–908.
  7. Savvichev A. S., Zakharova E. E., Veslopolova E. F., Rusanov I. I., Lein A.Yu., Ivanov M. V. Microbial processes of carbon and sulfur cycles in the Kara Sea // Oceanology (Moscow). 2010. V. 50. P. 893–908.
  8. Салпагаров Д. С. Некоторые особенности горных озер высокогорий северо-западного Кавказа // Вестник Ставропольского гос. ун-та. Науки о Земле. 2003. Т. 34. С. 137–142. https://cyberleninka.ru/article/n/nekotorye-osobennosti-gornyh-ozer-vysokogoriy-severo-zapadnogo-kavkaza/viewer
  9. Тевяшова О. Е. Сбор и обработка зоопланктона в рыбоводных водоемах. Методическое руководство (с определителем основных пресноводных видов). Ростов-на-Дону: ФГБУ “АзНИИРХ”, 2009. 84 с.
  10. Alonso C. Rocco V. Barriga J. P., Battini M. A., Zagarese H. Surface avoidance by freshwater zooplankton: field evidence on the role of ultraviolet radiation // Limnol. Oceanogr. 2004. V. 49. P. 225–232.
  11. Altenburger A., Blossom H. E., Garcia-Cuetos L., Jakobsen H. H., Carstensen J., Lundholm N., Hansen P. J., Moestrup Q., Haraguchi L. Dimorphism in cryptophytes – The case of Teleaulax amphioxeia/Plagioselmis prolonga and its ecological implications // Sci. AdV. 2020. V. 6. Art. eabb1611. https://doi.org/10.1126/sciadv.abb1611
  12. Baron J. S., Campbell D. H. Nitrogen fluxes in a high elevation Colorado rocky mountain basin // Hydrol. Process. 1997. V. 11. P. 783–799. https://doi.org/10.1002/(SICI)1099-1085(199706)11:7
  13. Camacho A., Erez J., Chicote A., Florin M., Squires M. M., Lehmann C., Bahofen R. Microbial microstratification, inorganic carbon photoassimilation and dark carbon fixation at the chemocline of the meromictic Lake Cadagno (Switzerland) and its relevance to the food web // Aquat. Sci. 2001. V. 63. P. 91–106. https://doi.org/10.1007/PL00001346
  14. Chernogor L., Denikina N., Kondratov I., Solovarov I., Khanaev I., Belikov S., Ehrlich H. Isolation and identification of the microalgal symbiont from primmorphs of the endemic freshwater sponge Lubomirskia baicalensis (Lubomirskiidae, Porifera) // Eur. J. Phycol. 2013. V. 48. P. 497–508. https://doi.org/10.1080/09670262.2013.862306
  15. Choi B., Son M., Kim J. I., Shin W. Taxonomy and phylogeny of the genus Cryptomonas (Cryptophyceae, Cryptophyta) from Korea // Algae. 2013. V. 28. P. 307–330. https://doi.org/10.4490/algae.2013.28.4.307
  16. Ciok A., Budzik K., Zdanowski M. K., Gawor J., Grzesiak J., Decewicz P., Gromadka R., Bartosik D., Dziewit L. Plasmids of psychrotolerant Polaromonas spp. isolated from arctic and antarctic glaciers – diversity and role in adaptation to polar environments // Front. Microbiol. 2018. V. 9. P. 1285. https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.01285
  17. Cuperova Z., Holzer E., Salka I., Sommaruga R., Koblizek M. Temporal changes and altitudinal distribution of aerobic anoxygenic phototrophs in mountain lakes // Appl. Environ. Microbiol. 2013. V. 79. P. 6439–6446. https://doi.org/10.1128/AEM.01526-13
  18. Dai Y., Yang Y., Wu Z., Feng Q., Xie S., Liu Y. Spatiotemporal variation of planktonic and sediment bacterial assemblages in two plateau freshwater lakes at different trophic status // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2015. V. 100. P. 4161–4175. https://doi.org/10.1007/s00253-015-7253-2
  19. Ding R., Liu L., Shu S., Li Y., Chen F. Diversity of freshwater calanoid copepods (Crustacea: Copepoda: Calanoida) in North-Eastern China // Diversity. 2024. V. 16. Art. 288. https://doi.org/10.3390/d16050288
  20. Edgar R. C. Search and clustering orders of magnitude faster than BLAST // Bioinformatics. 2010. V. 26. P. 2460–2461. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btq461
  21. Fellman J. B., Hood E., D’Amore D.V., Edwards R. T., White D. Seasonal changes in the chemical quality and biodegradability of dissolved organic matter exported from soils to streams in coastal temperate rainforest watersheds // Biogeochemistry. 2009. V. 95. P. 277–293. https://doi.org/10.1007/s10533-009-9336-6
  22. Haller L., Tonolla M., Zopfi J., Peduzzi R., Wildi W., Poté J. Composition of bacterial and archaeal communities in freshwater sediments with different contamination levels (Lake Geneva, Switzerland) // Water Res. 2011. V. 45. P. 1213–1228. https://doi.org/10.1016/j.watres.2010.11.018
  23. Ivanov M. V., Pimenov N. V., Rusanov I. I., Lein A.Yu. Microbial processes of the methane cycle at the north-western shelf of the Black Sea // Estuar. Coast. Shelf Sci. 2002. V. 54. P. 589–599. https://doi.org/10.1006/ecss.2000.0667
  24. Jersabek C. D., Brancel A., Stoch F., Schabetsberger R. Distribution and ecology of copepods in mountainous regions of the Eastern Alps // Hydrobiologia. 2001. V. 453. P. 309–324. https://doi.org/10.1023/A:1013113327674
  25. Laurion I., Ventura M., Catalan J., Psenner R., Sommaruga R. Attenuation of ultraviolet radiation in mountain lakes: factors controlling the among- and within-lake variability // Limnol. Oceanogr. 2000. V. 45. P. 1274–1288. https://doi.org/10.4319/lo.2000.45.6.1274
  26. Liao B., Yan X., Zhang J., Chen M., Li Y., Huang J., Lei M., He H., Wang J. Microbial community composition in alpine lake sediments from the Hengduan Mountains // Microbiol. Open. 2019. V. 8. Art. e832. https://doi.org/10.1002/mbo3.832
  27. Liu Y., Zhang J. X., Zhao L., Zhang X. L., Xie S. G. Spatial distribution of bacterial communities in high-altitude freshwater wetland sediment // Limnol. 2014. V. 15. P. 249–256. https://doi.org/10.1007/s10201-014-0429-0
  28. Liu Y., Yao T., Jiao N., Liu X., Kang S., Luo T. Seasonal dynamics of the bacterial community in Lake Namco, the largest Tibetan lake // Geomicrobiol. J. 2013. V. 30. P. 17–28. https://doi.org/10.1080/01490451.2011.638700
  29. Magoc T., Salzberg S. L. FLASH: Fast length adjustment of short reads to improve genome assemblies // Bioinform. 2011. V. 27. P. 2957–2963. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btr507
  30. Mansfeldt C., Deiner K., Mächler E., Fenner K., Eggen R. I., Stamm C., Schönenberger U., Walser J.-C., Altermatt F. Microbial community shifts in streams receiving treated wastewater effluent // Sci. Total Environ. 2020. V. 709. Art. 135727. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.135727
  31. Menzies J. Glacial Geomorphology // Encyclopedia of paleoclimatology and ancient environments / Ed. Gornitz V. Berlin: Springer Netherland, 2007. P. 361–374. ISBN978-1-4020-4551-6
  32. Middelburg J. J., Levin L. A. Coastal hypoxia and sediment biogeochemistry // Biogeosci. 2009. V. 6. P. 1273–1293. https://doi.org/10.5194/bg–6–1273–2009
  33. Morris D. P., Zagarese H., Williamson C. E., Balseiro E. G., Hargreaves B. R., Modenutti B., Moeller R., Queimalinos C. The attenuation of solar UV radiation in lakes and the role of dissolved organic carbon // Limnol. Oceanogr. 1995. V. 40. P. 1381–1391. https://doi.org/10.4319/lo.1995.40.8.1381
  34. Nino-Garcia J.P., Ruiz-Gonzalez C., del Giorgio P. Interactions between hydrology and water chemistry shape bacterioplankton biogeography across boreal freshwater networks // ISME J. 2016. V. 10. P. 1755–1766. https://doi.org/10.1038/ismej.2015.226
  35. Rognes T., Flouri T., Nichols B., Quince C., Mahé F. VSEARCH: a versatile open source tool for metagenomics // Peer. J. 2016. V. 4. P. 1–22. https://doi.org/10.7717/peerj.2584
  36. Rose K. C., Williamson C. E., Saros J. E., Sommaruga R., Fischer J. M. Differences in UV transparency and thermal structure between alpine and subalpine lakes: implications for organisms // Photochem. Photobiol. Sci. 2009. V. 8. P. 1244–1256. https://doi.org/10.1039/b905616e
  37. Rusanov I. I., Savvichev A. S., Zasko D. N., Sigalevich P. A., Pipko I. I., Pugach S. P., Pimenov N. V., Semiletov I. P. Primary production and microbial heterotrophy in the Siberian arctic seas, Bering Strait, and Gulf of Anadyr, Bering Sea // Estuar. Coast. Shelf Sci. 2024. V. 299. Art. 108673. https://doi.org/10.1016/j.ecss.2024.108673
  38. Savvichev A. S., Babenko V. V., Lunina O. N., Letarova M. A., Boldyreva D. I., Veslopolova E. F., Demidenko N. A., Kokryatskaya N. M., Krasnova E. D., Gaisin V. A., Kostryukova E. S., Gorlenko V. M., Letarov A. V. Sharp water column stratification with an extremely dense microbial population in a small meromictic lake, Trekhtzvetnoe // Environ. Microbiol. 2018. V. 20. P. 3784−3797. https://doi.org/10.1111/1462–2920.14384
  39. Savvichev A., Rusanov I., Dvornikov Y., Kadnikov V., Kallistova A., Veslopolova E., Chetverova A., Leibman M., Sigalevich P., Pimenov N., Ravin N., Khomutov A. The water column of the Yamal tundra lakes as a microbial filter preventing methane emission // Biogeosci. 2021. V. 18. P. 2791–2807. https://doi.org/10.5194/bg-18-2791-2021
  40. Škaloud P., Škaloudová M., Procházková A., Němcová Y. Morphological delineation and distribution patterns of four newly described species within the Synura petersenii species complex (Chrysophyceae, Stramenopiles) // Eur. J. Phycol. 2014. V. 49. P. 213–229. https://doi.org/10.1080/09670262.2014.905710
  41. Shao K., Qin B., Chao J., Gao G. Sediment bacteria in the alpine lake Sayram: vertical patterns in community composition // Microorganisms. 2023. V. 11. № 11. Art. 2669. https://doi.org/10.3390/microorganisms11112669
  42. Sommaruga R. The role of solar UV radiation in the ecology of alpine lakes // Photochem. Photobiol. 2001. V. 62. I. 1–2. P. 35–42. https://doi.org/10.1016/S1011-1344(01)00154-3
  43. Sommaruga R., Augustin G. Seasonality in UV transparency of an alpine lake is associated to changes in phytoplankton biomass // Aquat. Sci. 2006. V. 68. P. 129–141. https://doi.org/10.1007/s00027-006-0836-3
  44. Sommaruga R., Casamayor E. O. Bacterial “cosmopolitanism” and importance of local environmental factors for community composition in remote high-altitude lakes // Freshwater Biol. 2009. V. 54. P. 994–1005. https://doi.org/10.1111/j.1365-2427.2008.02146.x
  45. Sommaruga R., Kandolf G. Negative consequences of glacial turbidity for the survival of freshwater planktonic heterotrophic flagellates // Sci. Rep. 2014. V. 4. Art. 4113. https://doi.org/10.1038/srep04113
  46. Sommaruga R., Psenner R. Ultraviolet radiation in a high mountain lake of the Austrian Alps: air and underwater measurements // Photochem. Photobiol. 1997. V. 65. P. 957–963. https://doi.org/10.1111/j.1751-1097.1997.tb07954.x
  47. Sorokin Y. I. Radioisotopic methods in hydrobiology. Berlin–Heidelberg–New York: Springer-Verlag, 1998. 321 p.
  48. Tartarotti B., Sau N., Chakrabarti S., Trattner F., Steinberg C. E., Sommaruga R. UV-induced DNA damage in Cyclops abyssorum tatricus populations from clear and turbid alpine lakes // J. Plankton Res. 2014. V. 36. P. 557–566. https://doi.org/10.1093/plankt/fbt109
  49. Tilzer M. M. Diurnal periodicity in the phytoplankton assemblage of a high mountain lake // Limnol. Oceanogr. 1973. V.18. P. 15–30. https://doi.org/10.4319/lo.1973.18.1.0015
  50. Vancanneyt M., Schut F., Snauwaert C., Goris J., Swings J., Gottschal J. C. Sphingomonas alaskensis sp. nov., a dominant bacterium from a marine oligotrophic environment // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2001. V. 51. P. 73–79. https://doi.org/10.1099/00207713-51-1-73
  51. Vaughan D. G., Comiso J. C., Allison I., Stocker T. F., Qin D., Plattner G. K. Observations: Cryosphere // Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / Eds. Stocker T. F., Qin D., Plattner G.-K., et al. Cambridge, NY.: Cambridge University Press, 2013. P. 335–344.
  52. Vila-Costa M., Barberan A., Auguet J. C., Sharma S., Moran M. A., Casamayor E. O. Bacterial and archaeal community structure in the surface microlayer of high mountain lakes examined under two atmospheric aerosol loading scenarios // FEMS Microbiol. Ecol. 2013. V. 84. P. 387–397. https://doi.org/10.1111/1574-6941.12068
  53. Zagarese H. E., Feldman M., Williamson C. E. UV-B-induced damage and photoreactivation in three species of Boeckella (Copepoda, Calanoida) // J. Plankton Res. 1997. V. 19. P. 357–367. https://doi.org/10.1093/plankt/19.3.357

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Каскад озер Клухорское (Тебердинский национальный парк): а – картосхема; б – Малое, Большое и Восточное Клухорские озера.

Скачать (857KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Температура и освещенность водной толщи озера Большое Клухорское.

Скачать (136KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Таксономический состав (на уровне филумов) микробных сообществ водной толщи и поверхностных осадков каскада высокогорных озер Большое Клухорское, Восточное Клухорское и Малое Клухорское.

Скачать (571KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Таксономический состав (на уровне семейств) микробных сообществ водной толщи каскада высокогорных озер Большое Клухорское, Восточное Клухорское и Малое Клухорское.

Скачать (848KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025