Основы палеолимнологии. Лекция-5

Биохимические палео-индикаторы в донных
отложениях (=молекулярные биомаркеры)

Фотопигменты
ДНК микроорганизмов
Углеводороды
2.

пигменты в донных отложениях
Хлорофиллы:
Chl a
Chl b
Chl c
Bchl a
Bchl b
Bchl

Bchl d

Bchl e

Зеленые растения, водоросли, цианобактерии

Пигменты

Фототрофные бактерии (кроме цианобактерий)

Бактериохлорофиллы:

Хл и Бхл относительно быстро разлагаются
в донных отложениях

каротиноидов:
Окенон
Изорениерантин

Хлоробактин
Лютеин
Аллоксантин
C40H52O2
C40H56O2
C40H48
C41H54O2
И многие другие

Аллоксантин (С40Н52О2) – пигмент криптофитовых водорослей.
2. Лороксантин (С40Н56О3) – зеленые

Выявлены методом высоко-эффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ)
В донных отложениях оз. Шира (Рогозин, Зыков и др., 2011)

в ацетонитриле ,
очищен методом ТСХ
Окенон
Высокоэффективная жидкостная хроматография Agilent 1200

Из чистой культуры ПСБ был выделен специфический
каротиноид окенон и использован в качестве
стандарта при анализе донных отложений оз. Шира

Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016

Основы палеолимнологии. Лекция-5

Красноярск, 2016

последние ~4500 лет. В отличие от прочих пигментов, окенон отсутствовал

Окенон

Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016

Дегерменджи А.Г. Сибирский экологический журнал, 2012, № 4, с. 585-595
Сибирский

«белым слоем» свидетельствует о наиболее благоприятных условиях для продукции ПСБ

Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016

г. Красноярск, 2016

поверхностного стока озеро становится меромиктическим…

Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г.

Основы палеолимнологии. Лекция-5

благоприятные условия для развития пурпурных серных бактерий: устойчивая редокс-зона,
высокая

Основы палеолимнологии. Лекция-5

Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016

снижается биомасса
пурпурных серных бактерий (пример - современное оз. Шира)
Сибирский

Основы палеолимнологии. Лекция-5

фототрофных серных бактерий (окенон, хлоробактин, изорениерантин) позволяют выявить
периоды присутствия

Можно реконструировать историю стратификации водоема,
также его трофического статуса и т.п.

оксигенных (лютеин, зеаксантин, бета-каротин и пр.) организмов позволяют выявить периоды

Можно реконструировать историю трофического статуса и пр.

Пример: при эвтрофикации возрастает доля сине-зеленых водорослей
=> Увеличится отношение зеаксантин/лютеин

Биохимические палео-индикаторы в донных
отложениях

На основе анализа ДНК

ДНК

ДНК
ПЦР с
соответствующими
(универсальными или
группо-специфичными)
праймерами
Получаем
молекулы
ДНК гена
16SрРНК
Определяем нуклеотидные

Проба
из озера

=>

Для эукариотных микроорганизмов
используется ген 18SрРНК

Основы палеолимнологии. Лекция-5

Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016

нуклетидной последовательности гена 16рРНК

Анализ
пигментного
состава
Из оз. Шира выделен в

Рогозин Д.Ю., Трусова М.Ю., Хромечек Е.Б., Дегерменджи. Микробиология, 2010, Т. 79, № 2, 277-285

Характеристика состава фототрофных серных
бактерий в озерах Шира и Шунет

оз. Шира

d
Из обоих озер были выделены зеленые серные бактерии (ЗСБ), содержащие

Лунина, О.Н., Брянцева И.А., В.Н. Акимов, И.И. Русанов, Д.Ю. Рогозин,
Е.А. Баринова, Н.В. Пименов Микробиология,
2007, т. 76, № 3. стр. 416-428.

Лунина, О.Н., Брянцева И.А., В.Н. Акимов, И.И. Русанов, Е.А. Баринова, А.М.
Лысенко, Д.Ю. Рогозин, Н.В. Пименов Микробиология, 2007, т. 76, № 4. стр.
533-544.

оз. Шира

Оз. Шира – штамм ShCl03 (EF153291), близкий к Chlorobium limicola

Оз. Шунет – штамм ShNPel02 (EF149016), близкий к Prosthecochloris vibrioformis

Н.В., Косолапов Д.Б.,
Чаньковская Ю.В., Дегерменджи А.Г.
Доклады АН, 2005,

Лунина, О.Н., Брянцева И.А., В.Н. Акимов, И.И. Русанов,
Д.Ю. Рогозин, Е.А. Баринова, Н.В. Пименов Микробиология, 2007, т. 76, № 3. стр. 416-428.

Методом ПЦР-ДГГЭ показано, что в обоих озерах доминируют ПСБ Thiocapsa

Характеристика состава фототрофных серных
бактерий в озерах Шира и Шунет

Рогозин Д.Ю., Трусова М.Ю., Хромечек Е.Б., Дегерменджи. Микробиология, 2010, Т. 79, № 2, 277-285

Хлоропласты криптомонад

Дельта-протеобактерии

Зеленые серные

неидентифицировано

Synechococcous

Pseudoalteromonas

Halomonas

4.8

5.0

5.05

5.1

0

4

5.1

5.15

5.2

5.1

5.15

5.2

5.25

Май

оз.Шира
июль

Июль

Сентябрь

5.05

4.95

Глубина, м

В оз. Шира ЗСБ являются минорной группой
В оз. Шунет ЗСБ достигают максимума глубже ПСБ

Характеристика состава фототрофных серных
бактерий в озерах Шира и Шунет методом ПЦР-ДГГЭ

Рогозин Д.Ю., Трусова М.Ю., Хромечек Е.Б., Дегерменджи. Микробиология, 2010, Т. 79, № 2, 277-285

пурпурных серных бактерий (ПСБ)
и зеленых серных бактерий (ЗСБ) может свидетельствовать

Например:

В общем случае интерпретировать сложно, необходимо учитывать
особенности экологии бактерий в каждом водоеме!

ДНК гетеротрофных бактерий интерпретировать сложно, т.к. их возраст
может не соответствовать возрасту отложений!

алкеноны: липиды С36 – С42 Me- и Et – метил-

Продуценты – гаптофитовые водоросли (Haptophyta)

Показано, что степень насыщенности С37 – алкенонов зависит от средней температуры воды, при которой они синтезировались

В океане это два космополитичных вида
Emiliania huxleyi и Gephyrocapsa oceanica

В солоноватых и соленых озерах это много видов семейства
Isochrysidaceae, поэтому затруднена интерпретация («species effect»),
В пресных – меньше видов, поэтому интерпретация надежнее

в донных отложениях
Показано, что степень ненасыщенности С37 – алкенонов зависит

U37K индекс ненасыщенности, коррелирует с SST (sea surface temperature) (Longo et al., 2013)

Анализ методом газовой хроматографии
с масс-спектрометрическим детектором (GC-MS)

в донных отложениях
Существуют липиды С25 продуцируемые морскими подледными диатомовыми. Эти

свойства донных отложений
Профиль магнитной восприимчивости используется для сопоставления
разных кернов

В донных отложениях содержатся минералы,
обладающие магнитными свойствами

Low frequency magnetic susceptibility (магнитная восприимчивость,
XLF)

Остаточные намагниченности:

Natural remanent magnetization (NRM)

Saturation isothermal remanent magnetization (SIRM)

Isothermal remanent magnetization (IRM)

Anhisteric remanent magnetization (ARM)

NRM/(XLF×H), где H – магнитное поле Земли
Q < 1

Q > 1 – хемогенное происхождение

XLF/SIRM – отражает размер магнитных частиц

свойства донных отложений
Биогенный магнетит– однодоменные частицы размером около 50 нм
Происхождение

Продуцентами биогенного магнетита в отложениях являются
магнитотактические бактерии, синтезирующие однодоменные
наноразмерные частицы магнетита в составе внутриклеточных
включений – магнитосом.

бактерии
Blakemore, R. P. Magnetotactic bacteria. Science 190,
377–379 (1975). –

Гетерогенная группа, не имеющая общего таксономического положения

Общее:

Клетки грам-отрицательные Bacteria, подвижные, передвигаются
с помощью жгутиков,

Облигатные микроаэрофилы или анаэробы
(=требуются малые концентрации кислорода)

(oxic-anoxic interface)
стратифицированных водоемов
Основы палеолимнологии. Лекция-5

Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016
Основы палеолимнологии. Лекция-5

свойства донных отложений
Биогенный магнетит– однодоменные частицы размером около 50 нм
Продуцентами

50 нм

Bazylinski, Frankel, 2004

поле Земли
http://yandex.ru

полушарие
Южное полушарие
Магнитное поле Земли
Магнитное поле Земли
Bazylinski, Frankel, 2004
O2
H2S
O2
H2S
Редокс-зона
Магнитосома
= магнитный

Шира
Рогозин, Балаев, Семенов,Шайхутдинов, Баюков, ДАН, 2016
Магнитные свойства
Снижается количество