| |
 Лаборатории
ЛАБОРАТОРИЯ БИОФИЗИКИ ЭКОСИСТЕМ
Лаборатория основана в 1981 г.
Заведующий лабораторией: Дегерменджи Андрей Георгиевич, д.ф.-м.н., Академик РАН
Сотрудники лаборатории:
Основные направления НИР:
Экспериментальное изучение экологических механизмов длительного сосуществования, сукцессии и регуляции видового состава искусственных и естественных сообществ микроорганизмов, гидробионтов и создание новых биофизических методов исследования.
Количественный прогноз динамики экосистем и качества воды континентальных водоемов и водотоков.
Основные результаты за 2009-2013 гг.:
В датированных донных отложениях озера Шира методом высокоэффективной жидкостной хроматографии оценено вертикальное распределение каротиноидов, являющихся биомаркерами фототрофных организмов, населявших озеро в прошлом. Показано, что распределение окенона, характерного пигмента пурпурных серных бактерий, по глубине осадков неравномерное, что указывает на обратимые изменения характера стратификации озера Шира, происходившие в последние ~4500 лет. Пик концентрации окенона в слоях около 110-130 мм (примерно 1945-1970 гг.) указывает на сильно выраженные меромиктические свойства озера в тот период. Причинами изменения режима стратификации могут являться изменения уровня и солености воды в озере.
Методом количественного пиросеквенирования проанализирован таксономический состав и вертикальное распределение бактерий в водной толще озер Шира и Шунет. Показано, что пурпурные серные бактерии рода Thiocapsa, присутствовали в хемоклине и монимолимнионе озера Шунет, и составляли там значительную часть бактериального сообщества (около 38%). Однако в озере Шира данный род бактерий не был зарегистрирован, хотя ранее было показано, что данный род доминировал в обоих озерах в 2005 г. Данные пиросеквенирования согласуются с данными мониторинга численности пурпурных серных бактерий. Тем не менее, методом пиросеквенирования показано, что в хемоклине озера Шира в 2010 г. доминировали неидентифицированные гамма-протеобактерии, вероятно также являющиеся представителем фототрофных серных бактерий. Таким образом, выявлено, что в различные годы в обоих озерах могут доминировать разные виды фототрофных серных бактерий. Данный метод значительно превосходит по информативности и производительности прежние методы анализа таксономического состава природных микробных сообществ. Результат получен совместно с сотрудниками Центра изучения биоразнообразия (г.Тайбэй, Тайвань).
С помощью одномерной математической модели, описывающей зависимость вертикальных профилей плотности, температуры, солености и толщины ледового покрова в центральной части озера Шира от погоды, были проведены расчеты устойчивости стратификации для различных гипотетических уровней озера и соленостей. Показано, что озеро должно переходить в голомиктический режим при снижении уровня поверхности ниже 349 м над уровнем моря, что соответствует максимальной глубине озера 17 м. Таким образом, можно предположить, что в 1920-30-е гг., когда было зарегистрировано снижение уровня озера до глубины 17 м, озеро становилось голомиктическим.
На основании полевых экспериментов по исследованию связи стехиометрических показателей C, P, N и содержания жирных кислот (ЖК) с интенсивностью индивидуальных восходящих и нисходящих миграций ракообразных A.salinus в озере Шира показано, что животные участвующие в восходящих и нисходящих миграциях достоверное различаются по содержанию азота и ЖК. Таким образом, показано, что основной причиной несинхронных индивидуальных миграций животных в стратифицированном озере является их биохимическое состояние.
Построена временная модель осадконакопления в озере Шира за последние 2450 лет. Средняя скорость осадконакопления, совпадающая с изотопными датировками по 137Cs и 210Pb составляет 1.99 мм в год. Построенная на основании термодинамических расчетов взаимодействия системы вода–атмосфера модель сезонного осадконакопления в оз. Шира демонстрирует возможность выделения по геохимическим маркерам (с участием стронция) летнего и зимнего сезонов. По геохимии донных отложений оз. Шира реконструированы среднегодовые температуры и количество осадков за последние 2000 лет.
Совместно с тайваньскими коллегами выделены и охарактеризованы новые виды бактерий, сделан их филогенетический анализ:
Штамм AIS. Грам-отрицательные галофильные психрофилы, выделены из озера Шира с глубины 21 м. Вид назван Aliidiomarina shirae.
Штамм Shunet-5M-2O, выделен из озера Шунет глубины 5 м, предположительно принадлежащий к новому ранее неизвестному роду семейства Flavobacteriaceae. Вид назван Khakasinia shunetia.
Показано, что биомасса традиционно рассматриваемого в качестве бентосного вида амфиподы Gammarus lacustris, в пелагиали озер Шира и Шунет сопоставима с биомассой доминирующих видов пелагического зоопланктона. При этом вертикальное распределение амфипод существенно неоднородно - в период летней стратификации максимум численности амфипод наблюдался в зоне металимниона и средняя глубина расположения популяции амфипод достоверно коррелировала с глубиной термоклина.
Впервые выполнена оценка роли индивидуальных миграций зоопланктона в замыкании цикла биогенных элементов в стратифицированном водоеме на примере озера Шира. В экспериментах с выделенными объемами in situ зафиксированы асинхронные индивидуальные вертикальные миграции доминирующего в озерах Шира вида зоопланктона Arctodiaptomus salinus. Выполнена оценка потока биогенных элементов из миксо- в монимолимнион (биогенные элементы «теряемые» пелагической системой) в озере Шира. В летний период времени скорости седиментации составили: органического углерода 122±2.9 мг м2 сут.?1, азота 9.9±0.5 мг ? м2 ? сут.?1, фосфора 3.0±0.3 мг ? м2 ? сут.?1. С использованием разработанной математической модели верифицированной по данным мониторинга и проведенных экспериментов выполнена суммарная оценка потоков биогенных элементов генерируемых индивидуальными миграциями зоопланктона между гидродинамически разделенными гипо- и эпилимнионом. Для озера Шира они составили: органического углерода 13 мг ? м2 ? сут.?1, азота 2 мг ? м2 ? сут.?1, фосфора 0.2 мг ? м2 ? сут.?1. Таким образом, поток биогенных элементов, генерируемый индивидуальными миграциями зоопланктона, составляет примерно 10% от потока теряемого пелагической системы в результате оседания в аноксигенный гиполимнион.
Международная деятельность
SB RAS - MOST Joint Symposia. Interdisciplinary research for sustainable development of energy and environment (Taipei City, Taiwan, November 8-9, 2016) (program).
Гранты за 2009-2013 гг.:
Гранты РФФИ
11-05-00552-а «Пигменты и ДНК фототрофных микроорганизмов в донных отложениях меромиктических озер Южной Сибири как индикатор прошлых климатических изменений» (2011- 2013 гг.)
09-04-01114-а «Молекулярно-генетический анализ пространственной и сезонной динамики прокариот в меромиктических озерах России» (2009-2011 гг.)
08-04-00928-а «Сравнительное исследование биохимических механизмов стресс-адаптации у представителей различных популяций Gammarus lacustris» (2008-2010 гг.)
08-04-01232-а «Негенетические адаптации зоопланктона в стратифицированном озере: механизм возникновения и контроля индивидуальных миграций» (2008-2010 гг.)
09-04-01114-а «Молекулярно-генетический анализ пространственной и сезонной динамики прокариот в меромиктических озерах России» (2009-2011 гг.)
09-05-00915-а «Оценка значимости фототрофных серных бактерий в трофической структуре меромиктических озер Южной Сибири» (2009-2010 гг.)
09-04-98042 Роль фитофлагелят рода Cryptomonas в микробиальной петле меромиктических озер Южной Сибири (2009-2010 гг.)
09-04-98036 «Мониторинг и оценка экологических последствий проникновения ихтиофауны в экосистему солоноватого меромиктического водоема (2009-2010 гг.)»
Интеграционные проекты СО РАН и проекты в рамках программ фундаментальных исследований Президиума РАН и СО РАН
Проект № 95 «Комплексные исследования механизмов стратификации биологических, химических и физических компонент водных экосистем как основа для прогноза и управления качеством воды» (2009-2011 гг.)
Проект № 15 «Микробные сообщества стратифицированных озер Южной Сибири: мониторинг и экологический прогноз» (2009-2012 гг.)
Проект № 149 «Биоразнообразие, структура сообществ и метагеномика микроорганизмов соленых озер Хакасии, Сибирь» (2010-2012 гг.)
Проект № 4 «Биоразнообразие, структура сообществ и метагеномика микроорганизмов соленых озер Хакасии, Сибирь» (2013-2014)
Проект № 34 «Цикличность в биогеологических седиментационных системах Центральной Азии на абсолютной временной шкале голоцена: глобальный отклик солнечно-земных связей» (2012-2014 гг.)
Проект № 56 «Прогнозное моделирование и междисциплинарные комплексные исследования многолетней динамики сосотояния экосистем меромиктических озер Сибири» (2012-2014 гг.)
Основные публикации лаборатории за 2009-2013 гг.:
Статьи в рецензируемых отечественных журналах
Рогозин Д.Ю., Зыков В.В., Чернецкий М.Ю., Дегерменджи А.Г. Аноксигенные фототрофные бактерии меромиктических озер Южной Сибири в подледный период: пространственные распределения и экологические условия // Доклады АН. 2009. Т. 424, № 5. С. 712-715.
Жила Н.О., Прудникова С.В., Задереев Е.С., Рогозин Д.Ю. Деградация пленок из полигидроксиалканоатов в солоноватоводном озере Шира // Журнал Сибирского федерального университета. 2012. Т. 5, № 2. С. 210-215.
Волкова Е. Н., Задереев Е.С. Влияние метил_фарнезоата на смену способа размножения у самок Moina macrocopa (Cladocera) // Доклады академии наук. 2012. Т. 447, № 4. С. 450–453.
Задереев Е. С., Толомеев А.П., Дроботов А.В. Несинхронные вертикальные миграции зоопланктона в стратифицированных озерах // Сибирский экологический журнал. 2012. № 4. С. 597-605.
Зыков В.В., Рогозин Д.Ю., Калугин И.А., Дарьин А.В., Дегерменджи А.Г. Каротиноиды в донных отложениях меромиктического озера Шира (Россия, Хакасия) как палео-индикатор для реконструкции состояний озера. // Сибирский экологический журнал. 2012. № 4. С. 585-595.
Рогозин Д.Ю., Зыков В.В., Дегерменджи А.Г. (2012) Экология пурпурных серных бактерий в сильно стратифицированном меромиктическом озере Шунет (Сибирь, Хакасия) в период 2002-2009 гг. // Микробиология. 2012. Т. 81, № 6. С. 786-795.
Толомеев А.П., Дубовская О.П., Сущик Н.Н., Махутова О.Н., Калачева Г.С. Дифференцированное влияние качества сестона (содержания С, N, P и полиненасыщенных жирных кислот) на скорость соматического и генеративного роста Daphnia // Сибирский экологический журнал. 2012. № 4. С. 607-618.
Третьяков Г.А., Калугин И.А., Дарьин А.В., Рогозин Д.Ю., Дегерменджи А.Г. Физико-химические условия сезонного осаждения карбонатов в озере Шира (Хакасия) // Доклады академии наук. 2012. Т. 446, № 2. С. 197-200.
Рогозин Д.Ю., Зыков В.В., Калугин И.А., Дарьин А.В., Дегерменджи А.Г. Каротиноиды фототрофных организмов в донных отложениях меромиктического озера Шира (Россия, Сибирь) как индикатор стратификации озера в прошлом // Доклады АН. 2011. Т. 439, № 2. С. 282-285.
Rogozin D.,Y., Pulyayevskaya M.V., Zuev I.V., Makhutova O.N., Degermendzhi A.G. Growth, Diet and Fatty Acid Composition of Gibel Carp Carassius Gibelio in Lake Shira, a Brackish Water Body in Southern Siberia // Journal of Siberian Federal University. Biology. 2010. Т. 4, № 1. С. 86-103.
Gubanov V.G., Barkhotov Y.V., Manukovsky N.S., Ushakova S.A., Gribovskaya I.V., Tikhomirov A.A., Degermendzhy A.G., Gross J.-B.R., Lasseur C. Mathematical and computer simulation of the Biological Life Support System module 2/2. Verification of the model and scenarios // Журнал Сибирского Федерального Университета. Биология. 2009. Т. 2. С. 481-496.
Губанов М.В., Задереев Е.С., Дегерменджи А.Г. Исследование химических коммуникаций между двумя доминантными представителями биоты озера Шира Gammarus lacustris Sars (Crustacea: Amphipoda) и Arctodiaptomus salinus Daday (Crustacea: Copepoda) // Доклады АН. 2010. Т. 434, № 1. С. 318-321.
Prokopkin I.G., Kolmakov V.I., Gubanov V.G., Gladyshev M.I. Theoretical analysis of the potential of silver carp Hypophthalmichthys molitrix in the control of water blooming by different species of cyanobacteria // Journal of Siberian Federal University. Biology. 2009. Т. 3. С. 381-402.
Рогозин Д.Ю., Трусова М.Ю., Хромечек Е.Б., Дегерменджи А.Г. Микробное сообщество хемоклина меромиктического озера Шунет (Хакасия, Россия) в период летней стратификации // Микробиология. 2010. Т. 79, № 2. С. 277-285.
Lopatina T.S., Zadereev E.S. The effect of food concentration on the juvenile somatic growth rate, fecundity and the production of resting eggs by Moina brachiata (Crustacea: Cladocera) single females // Journal of Siberian Federal University. Biology. 2012. V. 5. № 4. P. 428-439.
Статьи в рецензируемых зарубежных журналах
Rogozin D.Y., Zykov V.V., Chernetsky M.Y., Degermendzhy A.G., Gulati R.D. Effect of winter conditions on distributions of anoxic phototrophic bacteria in two meromictic lakes in Siberia, Russia // Aquatic Ecology. 2009. V. 43, No. 3. P. 661-672.
Degermendzhi A. Coexistence of microbial populations and autostabilization of regulating factors in continuous culture: theory and experiments // Aquatic Ecology. 2010. V. 44, Nо. 3. P. 541-560.
Degermendzhy A.G., Zadereev Y.S., Rogozin D.Y., Prokopkin I.G., Barkhatov Y.V., Tolomeev A.P., Khromechek E.B., Janse J.-P., Mooij W.-M. and Gulati R.-D. Vertical stratification of physical, chemical and biological components in two saline lakes Shira and Shunet (South Siberia, Russia) // Aquatic Ecology. 2010. V. 44, Nо. 3. P. 619-632.
Genova S.N., Belolipetskii V.M., Rogozin D.Y., Degermendzhy A.G. and Mooij W.-M. A one-dimensional model of vertical stratification of Lake Shira focused on winter conditions and ice cover // Aquatic Ecology. 2010. V. 44, Nо. 3. P. 571-584.
Khromechek E.B., Barkhatov Y.V., Rogozin D.Y. Densities and distribution of flagellates and ciliates in the chemocline of saline, meromictic Lake Shunet (Siberia, Russia) // Aquatic Ecology. 2010. V. 44. P. 497-511.
Prokopkin I.G., W.M. Mooij, J.H. Janse & A.G. Degermendzhy. A general one-dimensional vertical ecosystem model of Lake Shira (Russia, Khakasia): description, parametrization and analysis // Aquatic Ecology. 2010. V. 44, No. 3. P. 585-618.
Rogozin D.Y., Genova S.V., Gulati R.D. and Degermendzhy A.G. Some generalizations on stratification and vertical mixing in meromictic Lake Shira, Russia, in the period 2002-2009 // Aquatic Ecology. 2010. V. 44, No. 3. P. 485-496.
Tolomeev A.P., Sushchik N.N., Gulati R.D., Makhutova O.N., Kalacheva G.S., Zotina T.A. Feeding spectra of Arctodiaptomus salinus (Calanoida, Copepoda) using fatty acid trophic markers in seston food in two salt lakes in South Siberia (Khakasia, Russia) // Aquatic Ecology. 2010. V. 44. P. 513-530.
Zadereev Egor S., Alexander P. Tolomeyev, Anton V. Drobotov, Anna Yu. Emeliyanova and Mikhail V. Gubanov. The vertical distribution and abundance of Gammarus lacustris in the pelagic zone of the meromictic lakes Shira and Shunet (Khakassia, Russia) // Aquatic Ecology. 2010. V. 44, Nо. 3. P. 531-539.
|
