А. С. Гребенщикова, В. В. Зыков, Д. Ю. Рогозин

А. С. Гребенщикова, В. В. Зыков, Д. Ю. Рогозин
[email protected]
Сибирский федеральный университет, Институт фундаментальной биологии и биотехнологии, кафедра биофизики,
Институт биофизики СО РАН, Красноярск
Модель меромиктического водоема
Фотосинтетические пигменты (хлорофиллы и каротиноиды), захороненные в донных отложениях водоемов, являются следами фототрофных организмов,
населявших водоемы в прошлом . В процессе седиментации пигменты попадают в донные отложения из фотической зоны 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. 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. Слоистая
структура донных отложений наилучшим образом сохраняется в меромиктических озерах, поскольку устойчивая стратификация водной толщи
препятствует взмучиванию и переосаждению осадочного материала. Кроме того, постоянный анаэробиоз и высокие концентрации сульфида в придонных
водах препятствуют деятельности бентосных беспозвоночных, т.е. отсутствует биотурбация, следовательно – первоначальная последовательность
отложений сохраняется ненарушенной. Поэтому донные отложения меромиктических озер хорошо поддаются датировке и являются хорошими
«архивами» климатических изменений.
Цель:
Анализ вертикального распределения каротиноидов фототрофных
организмов в верхних слоях донных отложений оз. Шира
Озеро Шира соленое меромиктическое озеро
- размер 5.3  9.3 км
- площадь поверхности 35.9 км2
- максимальная глубина 24 м
- состав воды сульфатно-хлоридно-натриево-магниевый
- в монимолимнионе присутствует сероводород 15-40 мг л-1
- соленость около 15 г л-1(миксолимнион), около 19 г л-1 (монимолимнион)
Материалы и методы
Керны донных отложений были отобраны в 2009
и 2010 гг. в центральной наиболее глубокой части
озера. Керны длиной 0.2 м, 0.4 м и 1.4 м были взяты
с помощью коробчатого дночерпателя и
гравитационной трубки. Анализы каротиноидов
проводили для керна глубиной 0.4 м
Для выделения каротиноидов использовались чистые культуры:
штамма пурпурных серных
бактерий Thiocapsa sp. Shira_1
неидентифицированного штамма
зеленых серных бактерий
зеленой водоросли
Chlorella vulgaris
Стандарты каротиноидов для калибровки хроматографа получили
экстракцией пигментов и дальнейшей их очисткой методом
тонкослойной восходящей хроматографии на силикагелевой пластинке
High-performance liquid
chromatograph
Agilent Technologies 1200 (США)
Для качественного определения пигментов
был применен метод абсорбционной
спектрофотометрии. Спектры поглощения
пигментов измеряли в ацетоне на
спектрофотометре (300-900 нм)
Uvikon double beam
uv/vis spectrophotometer
943 (Италия)
В работе использовали высокоэффективный жидкостной хроматограф Agilent Technologies 1200 оснащенный:
1) ручным вводом пробы (Reodyne 7125) объем петли 20 мкл
2) детекторами – диодной матрицей (DAD) и квадрупольным масс-спектрометром 6130
3) установкой для получения бидистиллированной воды
Для количественного анализа природных образцов использовали режим регистрации выделенных ионов (SIM). Идентификацию
осуществляли используя полученные спектры поглощения регистрируемые на диодноматричном детекторе (DAD) и подтверждая
масс-спектрами. Количественное значение определяли в образцах используя стандарты выделенные из культур.
Результаты
ВЭЖХ – хроматограмма
экстракта каротиноидов
1 -- аллоксантин
2 – лороксантин
3 – лютеин
4 – зеаксантин
5 – транс-окенон
6 – цис-окенон
Каротиноид окенон,
из чистой культуры пурпурных
серных бактерий
Каротиноид хлоробактин,
из чистой культуры зеленых
серных бактерий
Каротиноид лютеин,
из чистой культуры зеленой
водоросли Chlorella vulgaris
Выводы
1. В исследованных слоях донных отложений обнаружены каротиноиды фототрофных организмов,
характерных для оз. Шира. Вертикальные распределения каротиноидов неравномерны, что
указывает на изменяющиеся условия развития фототрофных организмов, захоронения их остатков и
сохранности каротиноидов в донных отложениях.
2. В некоторых слоях в наибольшем количестве присутствует специфический пигмент пурпурных
серных бактерий – окенон, его присутствие указывает на то что во время формирования этих слоев
озеро имело меромиктический режим перемешивания и условия благоприятные для развития
пурпурных серных бактерий.
3. Наличие каротиноидов фототрофных серных бактерий свидетельствует о присутствии
сероводорода в фотической зоне озера в последние 400 лет, что указывает на стратификацию водной
толщи в этот период.
Концентрация каротиноидов в донных отложениях оз.Шира
(вертикальные доверительные интервалы соответствуют длинам анализируемых участков керна)
Выполнено при поддержке: РФФИ (проект № 09-04-01114), Междисциплинарного интеграционного проекта СО РАН № 95, Программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Биологическое разнообразие» (проект № 15),
ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (государственный контракт № 14.740.11.0638 на 2009-2013 гг.) и совместного проекта СО РАН и Академии наук Тайваня (проект № 149)