Физико-химический мониторинг и математическое моделирование (исполнители ИБФ СО РАН, ИВМ СО РАН):

Усовершенствована математическая модель вертикальной стратификации компонент серного цикла в озере Шира. А именно, для моделирования микростратификации фототрофных  бактерий, наблюдаемой в зонах хемоклина, в уравнение удельной скорости роста зеленых серных бактерий была введена константа пороговой концентрации сероводорода, ниже которой рост прекращается. Биологический смысл подобной модификации заключается в том, что облигатно анаэробные микроорганизмы не могут развиваться в микроаэрофильной зоне, которая в модельных расчетах соответствует глубине нулевой концентрации сероводорода на верхней границе сероводородной зоны. В результате в модельных расчетах была получена микростратификация фототрофных бактерий в зоне хемоклина, т.е достигнуто более адекватное описание микростратификации бактериальных популяций, что повышает прогнозную силу создаваемой модели.
Выполнена модификация одномерной (в вертикальном направлении) математической модели для исследования годового температурного и солевого режимов водоемов с учетом таяния льда  весной как с нижней, так и с верхней поверхности ледяного покрова. Проведены расчеты по разработанной одномерной модели с использованием натурных данных. Результаты расчетов теплового и солевого годовых режимов озер Шира и Шунет согласуются с натурными данными.

Микробиологические исследования (исполнители ИБФ СО РАН, ИНМИ РАН, ИБВВ РАН):

С помощью тонкослойного многошприцевого пробоотборника была проанализирована структура видового разнообразия и пространственного распределения доминирующих форм бактерий в зонах хемоклина озер Шира и Шунет. Анализы проводились методом ПЦР фрагментов 16S rРНК с универсальными бактериальными праймерами и последующим анализом с помощью DGGE (Рис. 1). В хемоклине озера Шунет было выявлено 7 неидентифицированных доминирующих бактериальных форм, условно обозначим их как A,B,C,D,E,F,G. Обнаружено четкое пространственное разделение доминирующих форм бактерий по вертикали вдоль градиента редокс-потенциала, а также качественное изменение видового состава хемоклина оз. Шунет на протяжении исследованного периода времени - с мая по сентябрь. В бактериальном сообществе хемоклина озера Шира видны явные отличия от такового в озере Шунет. А именно - в Шира обнаружено только два доминирующих вида, E и G, причем оба этих вида входят в число доминирующих и в Шунете. 

Рис. 1:  PCR/DGGE - анализ фрагментов 16S rРНК бактериальных сообществ хемоклина озер Шира и Шунет. Обозначения дорожек вверху: М - микроаэрофильная зона (присутствуют следы кислорода), R - редокс-зона (нулевые концентрации кислорода и сероводорода), S₁, S₂, S₃ - сероводородная зона, с увеличением номера глубина увеличивается на 5 см. Для всех серий Шунета, кроме мая, интервал глубины между соседними дорожками составляет 5 см. Для серии <Шунет 25.05.2005> различие между M и R составляет 15 см, между остальными - 5 см. Глубина во всех сериях возрастает справа налево. Дорожка для Шира получена из образца, соответствующего середине <розового> слоя со следами сероводорода. Внизу дорожек - номера шприцов пробоотборника (необходимы для точной идентификации образцов при различных анализах).

Протозоологические исследования (исполнитель ИБФ СО РАН):

Продолжен мониторинг сезонной динамики протозойного сообщества хемоклина озера Шунет. Определены численность, биомасса и продукция основных компонентов протозоопланктона зоны хемоклина за текущий год.
Получены лабораторные культуры наиболее многочисленного в области хемоклина озера Шунет вида фитофлагеллят и двух видов инфузорий. Проведены лабораторные эксперименты культивирования этих видов на искусственных средах и различных субстратах.
Обнаружено, что лабораторные культуры выделенных из зоны хемоклина озера Шунет гидробионтов способны расти и развиваться в аэробных условиях при естественном освещении, намного превышающем освещенность их природной среды обитания. Следовательно, эти организмы не могут быть отнесены к анаэробным, а, по-видимому, обладают высокой степенью толерантности и способны существовать в широких пределах концентрации сероводорода, кислорода и освещения. 
Показано, что удельные скорости роста популяции Cryptomonas salina в природных условиях варьировали от 1,15 до 3,15 ч-1 , скорости роста лабораторной культуры - 2,31-3,82 ч-1. Высокие скорости роста популяции криптомонас в водоеме в условиях лимитирования по свету, возможно, обусловлены дополнительным питанием этих организмов за счет миксотрофии.
Удельные скорости роста лабораторных культур инфузорий Cyclidium spp. и  Euplotes spp. при росте на исследуемых субстратов значительно выше, чем в условиях водоема.

Исследования фито- и зоопланктона (исполнители ИБФ СО РАН, КГУ):

Проведен мониторинг содержания C, N, P и ПНЖК в сестоне и зоопланктоне озера Шира в эпилимнионе, а также в окси- и аноксигенных зонах гиполимниона. Для оценки потока биогенных элементов и ПНЖК, теряемых в сероводородной зоне, были использованы седиментационные ловушки. Обнаружено, что поток биогенных элементов в составе мертвого зоопланктона в аноксигенную зону составил в среднем 3.5 мг С/м2/сут или 3.2% суточной продукции зоопланктона. Поток азота и фосфора 0.5 мг N и 0.07 мг Р /м2/сут соответственно. Обработка проб, необходимых для расчета потерь биогенных элементов в составе отмирающего фитопланктона, к настоящему моменту еще не закончена. Однако, по литературным данным, в озерах с временной сероводородной зоной оседает примерно 20-25% первичной продукции фитопланктона (Veronesi et al., 2002), при этом потери Р обычно непропорционально ниже. Таким образом, стратифицированные озера демонстрируют крайне высокую степень замыкания углерода и биогенных элементов на уровне кислородной зоны пелагиали. Около 75-80% первичной продукции фитопланктона и до 96% продукции зоопланктона минерализуется в кислородной зоне. Обнаружено, что сообщество планктона удерживает не только биогенные элементы, но также часть ПНЖК. Незаменимые для животных кислоты a18:3w3 (0.36 мкг/л), 18:3w6 (0.12 мкг/л), и слабо синтезируемые 20:5w3 (0.61 мкг/л), 22:6w3 (0.07 мкг/л) встречались в кислородном гиполимнионе и отсутствовали в сероводородной зоне. Исключение составляла незаменимая кислота 18:2w6, однако ее концентрация снижалась при переходе в сероводородную зону почти в 2 раза (0.26 мкг/л - кислородный гиполимнион и 0.16 мкг/л сероводородная зона). Относительное содержание ПНЖК в сестоне и телах рачков A.salinus представлено в таблице.

Таблица.
Относительное содержание (%) незаменимых полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) в сестоне и зоопланктоне озера Шира на различных горизонтах.

Видно, что синтез незаменимых кислот ограничен кислородной зоной гиполимниона, в то время как в зоопланктоне они присутствуют на всех горизонтах. Таким образом, сохранение (аккумуляция) и пространственное перераспределение ПНЖК в озере осуществляется за счет зоопланктона. 
Таким образом, выяснилось, что в стратифицированном водоеме при наличии сероводородной зоны повышается замкнутость цикла не только биогенных элементов, но и ценных биохимических соединений (ПНЖК) в пределах кислородной зоны пелагиали за счет специфической организации функционирования планктонного сообщества.

Биолюминесцентное тестирование воды озера (исполнитель ИБФ СО РАН):

Исследованы чувствительности биолюминесцентных тест-систем 1) биолюминесцентной системы с бензохиноном, 2) иммобилизованных в крахмальный гель ферментов биолюминесцентной биферментной системы, 3) совместно иммобилизованных ферментов и субстратов биферментной системы к действию воды озера Шира. Показано, что пробы воды отобранные вдоль береговой линии озера ингибировали интенсивность свечения растворимой биферментной системы НАД(Ф)Н:ФМН-оксидоредуктаза - люцифераза в среднем на 20%, на иммобилизованную биферментую систему пробы воды  не оказали влияния. Интенсивность свечения биферментной системы НАД(Ф)Н:ФМН-оксидоредуктаза- люцифераза в растворе и иммобилизованном состоянии в присутствии проб воды отобранных по глубине озера уменьшалась с увеличением глубины в диапазоне от 4 до 6 метров. Различие в чувствительности растворимой и иммобилизованной биферментной системы объясняется тем, что полимерный носитель, используемый для иммобилизации препятствует свободному проникновению токсических веществ пробы воды  к ферменту. 

Таким образом, показано, что чувствительность растворимой биферментной системы к влиянию проб воды соленых озер. 

В результате исследований проведена модификация биолюминесцентной системы с бензохиноном, подобран качественный и количественный состав компонентов реакционной смеси. С целью выявления чувствительности модифицированной системы к редокс активным соединениям на примере растворов модельных соединений изучено влияние соединений серы и фенолов на кинетику биолюминесценции системы с хиноном. Установлены зависимости изменения кинетических параметров биолюминесценции с редокс характеристиками модельных растворов. Показано, что наиболее чувствительными параметрами биферментной системы с бензохиноном при влиянии восстановителя являются параметры задержки свечения. Эффективность уменьшения величин индукционного периода и времени выхода на максимум биолюминесценции в присутствие восстановителя определяется концентрацией и восстановительными свойствами экзогенных соединений. В результате сравнения показано, что биолюминесцентная биферментная система с бензохиноном специфична к влиянию восстановителей, причем ее чувствительность выше, чем биферментной системы без хинона. 

Проведена адаптация новой системы к условиям тестирования воды природного водоема. Исследованы пробы воды о. Шира, Шунет (Хакасия), отобранные вдоль берега и по глубине озера. Продемонстрирована высокая чувствительность биолюминесценции биферментной системы с окислителем к редокс характеристикам воды природного водоема. Установлены высокие коэффициенты корреляции между изменением кинетических параметров биолюминесценции и характеристиками воды озера (редокс потенциал, содержание кислорода, сероводорода). Из полученных результатов сделаны выводы о возможностях и преимуществах использования новой биолюминесцентной системы с окислителем для экологического мониторинга природных водных экосистем с выраженными редокс свойствами.