| 16. |
Аннотация |
Проект направлен на исследование структуры, активности и биоразнообразия микробных сообществ, участвующих в биогеохимическом цикле метана и сопряженных с ним циклах серы и азота в континентальных пресных и минерализованных водоемах с целью выявления и прогнозирования последствий глобальных климатических изменений на водные экосистемы России. Антропогенная активность и связанные с ней глобальные климатические изменения воздействуют на водные экосистемы, приводя к изменению структуры микробных сообществ и, как следствие, к изменению осуществляемых ими процессов трансформации основных биогенных элементов (углерода, серы и азота). Наиболее сильно подвержены климатическим изменениям континентальные водоемы Арктики и субарктической зоны России. Несмотря на то, что вечная мерзлота подстилает 65% территории России, а в последние годы фиксируется усиление процесса термокарста с образованием новых многочисленных термокарстовых котловин, известно крайне мало биогеохимических и микробиологических исследований российских термокарстовых озер. В рамках проекта планируется провести сравнительное исследование динамики состава и активности микроорганизмов цикла метана в Ямальских озерах. Объектами исследований будут пресные субарктические озера преимущественно гляциального генезиса Архангельской области. Особенностью озер является высокое содержание марганца, железа и гуминовых кислот, поэтому данные озера являются удобной моделью для изучения роли этих соединений в процессе анаэробного окисления метана (АОМ). С помощью метагеномного анализа будут реконструированы возможные пути углеродного и серного метаболизма некультивируемых линий микроорганизмов, функциональная роль которых в сообществе неизвестна.
Для умеренных широт основная опасность антропогенного влияния и климатических изменений заключается в эвтрофикации водоемов. Избыточное поступление органических веществ и повышение температуры воды приводит к образованию в озерах бескислородного придонного слоя, смене доминирующих групп микроорганизмов с аэробных на анаэробные, результатом чего становится эмиссия в атмосферу парниковых и токсичных для большинства живых организмов газов (H2S, СО2, N2O, CH4). Озеро Сенеж (Московская область) выбрано в качестве примера типичного пресного водоема с низким содержанием сульфатов, расположенного в зоне умеренного климата. Другими объектами исследований в умеренной климатической зоне России будут служить карстовые озера карбонатно-сульфатного типа респ. Марий Эл, в которых наблюдаются активные микробные процессы циклов метана и серы. Несмотря на достаточно хорошую изученность этих озер, исследований микробных сообществ цикла метана ранее в этих озерах не проводилось. Объектами исследований в зоне резко континентального климата станет водная система Приэльтонья, включающая гиперминерализованное оз. Эльтон и впадающие в него реки с градиентом естественной минерализации от 7 до 280 г/л, а также щелочные озера Кулундинской степи (Алтайский край) с разным уровнем минерализации. Высокое содержание сульфатов, хлоридов и карбонатов приводят к формированию в минерализованных озерах специфических экстремофильных микробных сообществ. Недавние исследования показывают, что все изученные цианобактерии, диатомовые водоросли и гаптофиты, которые являются основными составляющими пресноводного и морского фитопланктона, выделяют метан во время фотосинтеза. Поэтому актуальной задачей является исследование цианобактериальных матов минерализованных водоемов с целью выяснения их участия в плохо изученном аэробном метаногенезе. Фундаментальный интерес представляет сравнение микробных сообществ пресных, слабо- и экстремально минерализованных озер на предмет выявления микроорганизмов, способных к существованию в условиях значительных колебаний солености.
И наконец, многочисленные водоемы на территории России расположены в горных районах Кавказа и Алтая. Высокогорные озера России ранее не изучались с точки зрения микробной экологии. Здесь внимание будет направлено на исследование микробных сообществ пресных высокогорных озер моренного и ледникового генезиса, в которых температура воды круглогодично поддерживается на низком уровне. При исследовании озер будет использован единый комплекс физико-химических, микробиологических, радиоизотопных, изотопно-геохимических и молекулярных методов, что позволит стандартизировать процедуры пробоотбора, пробоподготовки, измерений и обработки данных для разных объектов, провести корреляционный анализ, выявить общие закономерности и основные различия в активностях процессов и составе сообществ. Научная и практическая значимость планируемых исследований заключается как в необходимости понимания временной динамики функционирования микробных сообществ в озерах разного тира и происхождения , так и возможности в перспективе управлять микробными процессами цикла углерода (эмиссией парниковых газов) в условиях глобальных климатических изменений. |