Экологические особенности распределения липидов гидробионтов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Экологические особенности распределения липидов гидробионтов в глубоководной зоне озера Байкал

03.02.08 - экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

БАЗАРСАДУЕВА Сэлмэг Владимировна

Иркутск - 2013

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук, г. Улан-Удэ

Научный руководитель: Раднаева Лариса Доржиевна доктор химических наук, профессор

Официальные оппоненты: Ситникова Татьяна Яковлевна доктор биологических наук, профессор, в.н.с., ФГБУН «Лимнологический институт СО РАН»

Юринова Галина Валерьевна кандидат биологических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный университет»

Ведущая организация: ФГБУН «Институт природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН»

Защита диссертации состоится 23 декабря 2013 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 212.074.07 при ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный университет» по адресу: 666003, г. Иркутск, ул. Сухэ-Батора, 5, ауд. 219.

Отзывы на автореферат просим направлять по адресу: 664003 г. Иркутск, ул. Сухэ-Батора, 5, Иркутский госуниверситет, биолого-почвенный факультет, Диссертационный совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГУ по адресу: 664003, г. Иркутск, ул. Карла Маркса, 1, биолого-почвенный факультет ИГУ. Тел. / факс: (3952) 241855; e-mail: dissovet07@gmail.com.

Автореферат разослан «22» ноября 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат биологических наук А.А. Приставка

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В настоящее время заметно возрос интерес к липидам со стороны многих направлений наук, прежде всего это биологические, медицинские и химические. Липидные показатели являются важнейшими характеристиками физиолого-биохимической индикации состояния организмов и популяций при различных условиях обитания. Липиды являются основным источником энергии для водных организмов и функционирование любых экосистем во многом связано с биосинтезом и транспортом липидов в пищевых цепях. Многочисленными исследованиями показано участие липидов в адаптивных реакциях гидробионтов в ответ на изменение самых разнообразных условий окружающей среды (Carballeira, 1987; Rajendran, 1992; Simoneit, 2004). Поэтому изменения состояния среды могут быть прослежены при сравнительном анализе жирных кислот (ЖК) различных организмов. экологический жирнокислотный амфипод

Озеро Байкал - участок мирового природного наследия, старейший (25 млн. лет) и самый большой (23000 км³) пресноводный водоем в мире. Ихтиофауна оз. Байкал уникальна и весьма разнообразна и в настоящее время представлена 55 видами из 15 семейств, из которых 33 вида эндемичные. Важной и сложной задачей является исследование биологических объектов, применяемых для индикационной оценки природной среды. Наибольший интерес представляют такие гидробионты как губки, которые практически не меняют место обитания. Они ассоциированы с широким спектром микроорганизмов, содержат большое количество вторичных метаболитов, которые играют важную роль в развитии приспособительных реакций у организмов при экологических модуляциях. Одной из наиболее многочисленных групп многоклеточных байкальских организмов являются амфиподы, которые составляют 1/5 от общего числа мировой фауны видов амфипод, причем все они -- эндемики. Несмотря на низкую относительную биомассу, амфиподы составляют существенный компонент в системе обмена вещества и энергии, поскольку являются важным кормовым объектом для многих гидробионтов.

Известно, что состав липидов тканей ряда эндемичных организмов озера Байкал характеризуется высокими уровнями длинноцепных полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК), что типично для морских видов (Henderson, 1987). Обнаружены высокие уровни n3 ЖК в отдельных видах байкальских Cottoidei (Kozlova, Khotimchenko, 1993, 2000; Kozlova, 1997; Grahl-Nielsen et al., 2005, 2011; Попов, 2012). Исследования по липидному составу байкальских губок включают некоторых представителей этой группы животных, обитающих на небольшой глубине (Dembitsky et al., 1982, 1993; Глызина, 2002), глубоководные байкальские губки ранее не изучались. Исследователями (Ishiwatari et al., 2006) выявлено содержание лигнина и некоторых ЖК донных осадков Академического хребта, отобранных с глубины 335 м, других данных по ЖК составу донных осадков глубоководной зоны озера Байкал не обнаружено. Таким образом, работа, направленная на исследование распределения липидов в тканях глубоководных байкальских гидробионтов актуальна.

Цель исследования - выявить экологические особенности распределения липидов в тканях гидробионтов глубоководной зоны озера Байкал.

Были поставлены следующие задачи:

1. определить липидный состав различных видов байкальских губок из разных мест обитания;

2. определить липидный состав донных осадков с различными экологическими особенностями среды;

3. выявить специфические маркеры, позволяющие идентифицировать состав микроорганизмов губок и донных осадков;

4. изучить жирнокислотный состав байкальских амфипод Ommatogammarus albinus, обитающих в районе гидротермальной разгрузки в б. Фролиха;

5. изучить жирнокислотный состав мышечной ткани рыб.

Научная новизна. Впервые выявлен состав липидных компонентов (ЖК различного строения, альдегиды и стерины) глубоководных губок и донных осадков. Так методом газо-хромато-масс-спектрометрии (ГХМС) по количественному содержанию липидных маркеров определен состав микроорганизмов глубоководных губок и донных осадков оз. Байкал. Впервые определен ЖК состав глубоководных байкальских амфипод Ommatogammarus albinus, в которых выявлены высокие содержания ненасыщенных ЖК.

Практическая значимость. Липидные маркеры, определенные в глубоководных губках, могут быть использованы для идентификации ряда таксонов, родов и видов микроорганизмов. Эти данные могут быть использованы для создания оперативной и эффективной системы мониторинга пространственно-временных изменений природных сред и биоты, что будет способствовать решению проблемы сохранения уникального озера планеты. Обнаруженный в губках широкий спектр биологически активных веществ, в том числе и стеринов, в перспективе могут быть использованы в качестве лекарственного сырья.

Основные положения, выносимые на защиту:

· В составе липидной фракции донных осадков идентифицировано до 140 соединений, глубоководных байкальских губок идентифицировано около 100 соединений (различные ЖК, альдегиды и стерины). В байкальских губках содержатся МНЖК ряда С20 - С23 и С27, доминирующей кислотой среди ПНЖК является сверхдлинноцепочечная кислота 26:3. Обнаружены длинноцепочечные альдегиды 22:1а, 24:1а и 24:1d11а. Губки Baikalospongia intermedia, обитающие в районе гидротермальной разгрузки (б. Фролиха), содержат более высокие содержания ЖК, особенно ПНЖК и относительно низкие содержания стеринов.

· Разветвленные изо- и антеизо-кислоты с общим числом атомов углерода от С13 до С20, в том числе четные (изомиристиновая i14:0, изопальмитиновая i16:0, изонанодекановая i19:0), гидроксикислоты как оксипальмитиновая h16 и гидроксимиристиновая 3h14, гексадеценовая кислота 17:1, циклопропановые кислоты 17cyc и 19cyc являются маркерными кислотами для определения основных групп микроорганизмов.

· Глубоководные байкальские амфиподы Ommatogammarus albinus содержат высокие содержания ненасыщенных ЖК, причем мононенасыщенные жирные кислоты (МНЖК) составляют около 52%. Высокое значение соотношения 18:1n9/18:1n7 и относительно низкие соотношения 16:1n7/16:0 и 20:5n3/22:6n3 подтверждает, что глубоководные амфиподы Ommatogammarus albinus относятся к некрофагам.

Апробация работы и публикации. Результаты и основные положения диссертационного исследования были представлены в докладах на V, VI и VII школах-семинарах молодых ученых России «Проблемы устойчивого развития региона» (Улан-Удэ, 2009, 2011, 2013), 7-ом Международном симпозиуме "Современные методы анализа многомерных данных" (WSC-7) (Санкт-Петербург, 2010), Международной научной конференции «Дельты Евразии: происхождение, эволюция, экология и хозяйственное освоение» (Улан-Удэ, 2010), V Международной научно-практической конференции "Приоритеты Байкальского региона в азиатской геополитике России" (Улан-Удэ, 2011), VIII Всероссийской конференции по анализу объектов окружающей среды ЭКОАНАЛИТИКА 2011, посвященной 300-летию со дня рождения М.В. Ломоносова (Архангельск, 2011). По результатам диссертационной работы опубликовано 15 работ, из них 3 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК Минобразования РФ.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 135 страницах машинописного текста и состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, выводов и списка литературы, включающего 226 библиографических ссылок, в том числе 139 на иностранных языках. Диссертационная работа содержит 10 таблиц, 26 рисунков.

Работа выполнена во время Международной экспедиции ««Миры» на Байкале 2008-2010 гг.» при поддержке Фонда содействию сохранения озера Байкал, а также в рамках исследований по проектам: Программа Президиума РАН "Фундаментальные проблемы океанологии: физика, геология, биология, экология", подпрограмма «Глубоководные исследования озера Байкал», проект № 20.9 «Комплексные исследования зон активных разгрузок глубинных флюидов на озере Байкал с помощью автономных необитаемых аппаратов, обитаемых аппаратов «МИР», а также дистанционных пробоотборников» (2008-2011 гг.); проект № 23.8 «Комплексные исследования биологических сообществ абиссали озера Байкал и их зависимость от типа разгружающего флюида» (2012-2013 гг.); РФФИ № 08-05-98029-р_сибирь_а «Формирование и трансформация липидов гидробионтов оз. Байкал в зависимости от эколого-биологических факторов» (2008-2010 гг.).

Автор выражает искреннюю благодарность д.х.н. Л.Д. Раднаевой за научное руководство и поддержку в работе, д.б.н. Г.А. Осипову за помощь в определении микроорганизмов по липидным маркерам и обсуждении результатов и сотрудникам лаборатории химии природных систем Байкальского института природопользования СО РАН.

Основное содержание работы

Глава 1. Литературный обзор

В главе обобщены и представлены сведения о липидном составе байкальских гидробионтов. Показано, что липидные маркеры могут служить таксономическим признаком и использоваться для идентификации микроорганизмов. Рассмотрены экологические условия среды, определяющие состав микроорганизмов в губках и донных осадках озера Байкал.

Глава 2. Районы, объекты и методы исследований

Объекты и районы исследования

Для исследований были собраны глубоководные донные осадки и гидробионты оз. Байкал и р. Кичера (бассейн оз. Байкал), которые были сразу заморожены и транспортированы в лабораторию для дальнейшего анализа.

· Донные осадки (N=6) оз. Байкал были отобраны в летний период 2008 - 2010 гг. с помощью переносного грунтоотборника и разбирались методом пошагового анализа с частотой 0-2 см.

· Глубоководные байкальские губки видов Baikalospongia intermedia (N=17), Baikalospongia intermedia profundalis (N=15) были отобраны с помощью манипуляторов в летний период 2008 - 2010 гг.

· Глубоководные байкальские амфиподы Ommatogammarus albinus (N=40) были отобраны с помощью манипуляторов в районе б. Фролиха с глубины 430 м с места выхода гидротермальной разгрузки в летний период 2009 г.

· Глубоководные рогатковидные рыбы Batrachocottus multiradiatus (N=8), Batrachocottus nikolskii (N=8), Limnocottus bergianus (N=4), Neocottus thermalis (N=6) были отобраны с помощью манипуляторов в районе б. Фролиха с глубины 400-450 м с места выхода гидротермальной разгрузки в летний период 2008 - 2010 гг.

· Рыбы плотва Rutilus rutilus Linnaeus (N=14), окунь Perca fluviatilis Linnaeaus (N=17) и щука Esox lucius Linnaeaus (N=4) были собраны на р. Кичера в 2008 г. (сетной лов).

методы исследования

Анализ липидных компонентов. Для получения метиловых эфиров ЖК образцы амфипод и рыб метилировали одноступенчатым методом (Grahl-Nielsen, 1985) обработкой 2 н. раствором хлороводорода в метиловом спирте в течение 2 ч. при 90С. Полученную смесь экстрагировали трижды гексаном.

Образцы губок и донных осадков обрабатывали 1 н. раствором соляной кислоты в метиловом спирте и выдерживали в течение 45 минут при 80^оС, а затем обработали N,О-бис(триметил-силил)-трифторацетамидом (Осипов, 1993).

Эфиры ЖК исследовали методом хромато-масс-спектрометрии на газовом хроматографе Agilent Packard HP 6890 с квадрупольным масс-спектрометром HP MSD 5973N в качестве детектора. Для хроматографирования МЭЖК использовали колонку DB-Wax с внутренним диаметром 0.25 мкм, а для ТМСЭ - колонку HP-5MS с внутренним диаметром 0.25 мкм. Процентный состав смеси вычисляли по площади ГХ пиков. Качественный анализ основан на сравнении времен удерживания, и наличии стандартов (Bacterial Acid Methyl Esters (CP Mix, Supelco, Bellefonte, PA, USA), дейтерометилового эфира тридекановой кислоты) и полных масс-спектров соответствующих чистых компонентов, представленных в машинном каталоге.

Хромато-масс-спектрометрическое исследование маркерных компонентов состава микроорганизмов. Для количественного определения химических маркеров микроорганизмов использовали режим регистрации селективных ионов (SIM). Для идентификации всего компонентного состава выполняли полное сканирование по полному ионному току (SCAN). Временные интервалы скорректировали под параметры хроматографической колонки. Расчет концентрации маркеров и отнесение их к конкретным микроорганизмам проводили по программному продукту (Осипов, 1993).

Статистическую обработку всех экспериментальных данных проводили методом вариационно-статистического анализа (программный пакет Sirius version 6.0, Pattern Recognition Systems, a/s, Норвегия).

Глава 3. Результаты и обсуждение

3.1. Липидный состав глубоководных байкальских губок в зависимости от условий среды

3.1.1. Байкальские губки. Губки, являясь мощными тонкими фильтраторами, практически нацело извлекают из воды бактерио- и фитопланктон, служащие им источником питания. Поэтому в губках обитает огромное количество микроорганизмов, которые играют существенную роль в жизнедеятельности губок (Сорокин, 1990; Sponga et al., 1999; Webster et al., 2001).

Губки Baikalospongia intermedia были отобраны в б. Фролиха в зоне гидротермальной разгрузки с полей губок и бактериальных матов. Губки Baikalospongia intermedia profundalis были отобраны в районе м. Толстый, Больших Котов, Посольской банки, м. Ижимей, Баргузинского залива и в районе устья р. Турка.

В составе липидной фракции губок обнаружено и идентифицировано около 100 соединений (различные ЖК, альдегиды и стерины). Определен широкий спектр кислот - 64 ЖК различной степени ненасыщенности, которые составляют 60 - 62 %. Сумма насыщенных ЖК (НЖК) в Baikalospongia intermedia составляет 15.9-19.2 %, МНЖК - 21.2-22.4 % и ПНЖК - 17.8-20.2 %. Содержание альдегидов колеблется от 4.0 до 4.5 %, а стеринов - от 26.4 до 30.5 %. Губки Baikalospongia intermedia profundalis содержат НЖК от 3.1% в губках м.Толстый до 13.4% в Баргузинском заливе, МНЖК - 11.9-14.8%, ПНЖК - от 6.8% в м. Толстый до 25.5% а Посольской банке.

В липидах губок обнаружен ряд НЖК от С12 до С24. Уровни основных НЖК в Baikalospongia intermedia составляют стеариновая 18:0 (3.3-3.9%) и пальмитиновая 16:0 (1.3-1.7%) кислоты. Тогда как в губках Baikalospongia intermedia, обитающих в Южном Байкале на глубине 8-10 м, основной насыщенной ЖК является пальмитиновая 16:0 (11.1%) кислота (Dembitsky et al., 1993). Пресноводные губки также как и морские содержат большое разнообразие изо- и антеизо-кислот; длинноцепочечные ЖК изо- и антеизо-строения, вероятно, синтезируются собственной губкой путем элонгации изо- и антеизо-предшественников бактериального происхождения с более короткими углеводородными цепями (Carballeira et al., 1986; Родькина, 2005). Среди моноеновых кислот доминирующими являются кислота 24:1 и изомеры 16:1 и 18:1 кислот. МНЖК ряда С20 - С23 и С27 обнаружены практически во всех губках, их содержание ниже, чем С16 и С18 МНЖК. Основной вклад в сумму ПНЖК вносит демоспонгиевая сверхдлинноцепочечная кислота 26:3 с содержанием от 5.1 до 22.1 %. А в Baikalospongia intermedia, обитающих на небольших глубинах, среди МНЖК доминируют также изомеры кислот 16:1 и 18:1, однако среди ПНЖК основными являются изомеры кислот 18:2 и 18:3, в меньшей степени кислота 26:3 (Dembitsky et al., 1993). Обнаружены две циклопропановые кислоты и 5 насыщенных гидроксикислот бактериального происхождения, которые содержатся в минорных количествах.

Определено 17 различных альдегидов, среди которых в Baikalospongia intermedia доминирует сверхдлинноцепочечный альдегид 11-тетракозеналь (I) 24:1d11а, который составляет 2.5-3.5% суммарных альдегидов. Основным альдегидом в образцах губок Турки, м. Ижимей, м. Толстый и Больших Котов является сверхдлинноцепочечный альдегид 24:1d11а, в губках Баргузинского залива - 16а и i17a, в губках Посольской банки - 16а и 17а, а также длинноцепочечные альдегиды 22:1а и 24:1а. Ранее в общих липидах эндемичной губки Lubomirskia baicalensis был обнаружен и выделен сверхдлинноцепочечный альдегид тетракозеналь 17-цис-24:1а,который является главным сверхдлинноцепочечным альдегидом в байкальских губках Baikalospongia bacilifera (Имбс, Верещагин, 2005).

Анализ липидного состава губок показал, что содержание стеринов в среднем составляет в Baikalospongia intermedia 26.4-30.5%, в Baikalospongia intermedia profundalis количество стеринов колеблется от 38.1 до 65.2% в зависимости от места обитания. Обнаружено 13 стеринов, основным компонентом стеринов является b-ситостерол (11.2-24.6%). Уровни холестерина в Baikalospongia intermedia составляют до 8.0%, в губках Baikalospongia intermedia profundalis, обитающих в м. Толстый составляет 22.6 %, однако в губках, отобранных в районе устья р. Турка и Большие Коты, он не был обнаружен, но в значительных количествах были определены его производные.

Выявлены маркерные компоненты, по соотношению которых был определен состав микроорганизмов. Так, разветвленные гидроксикислоты с 15-ю и 17-ю атомами углерода указывают на наличие родов Azospirillum, Cytophaga. Разветвленные кислоты, в том числе четные (изомиристиновая i14:0, изопальмитиновая i16:0, изонанодекановая i19:0), с учетом их соотношения, указывает на наличие бактерий родов Streptomyces, Bacillus, Cellulomonas. Следует отметить, что в составе присутствует уникальная изо-гептадеценовая кислота (i17:1), известная у сульфатредуцирующих бактерий рода Desulfovibrio, однако она также может принадлежать и некоторым Actinobacteria. Из других редких ЖК можно отметить эйкозановую (20:1d9), которая присутствует в клетках Actinobacteria и Thiobacillus. Для Bacteroidetes и Cyanobacteria маркерными являются оксипальмитиновая (h16) и оксистеариновая (h18) кислоты. По липидным маркерам определен состав микроорганизмов губок Baikalospongia intermedia и Baikalospongia intermedia profundalis. Анализ маркерных компонентов показал, что в состав микроорганизмов губок входит свыше 50 таксонов видового ранга из домена Bacteria, ведущую роль в формировании качественного состава которого играют представители филумов Proteobacteria, Actinobacteria, Firmicutes и Cyanobacteria. В микробном составе губок Baikalospongia intermedia б. Фролиха основными являются микроорганизмы филумов Actinobacteria и Proteobacteria. В губках Baikalospongia intermedia profundalis Баргузинского залива основной вклад в микробный состав вносят Actinobacteria, в то время как в губках Ижимея и Посольской банки основными являются Proteobacteria. Выявлено, что суммарное содержание Actinobacteria в губках, обитающих в районе устья р. Турка, чуть больше, чем Proteobacteria. Губки, обитающие в Южном Байкале, отличаются от остальных меньшим количественным содержанием микроорганизмов.

Для сравнительного изучения ЖК состава водных организмов перспективными являются хемометрические методы анализа состава ЖК - биохимических маркеров гидробионтов (Kharlamenko et al., 1995). Этот подход основан на применении статистических методов обработки многомерных данных, например анализа главных компонент МГК, для изучения многокомпонентных природных объектов, например смесей ЖК в живых организмах (Kvalheim, 1987; Grahl-Nielsen et al., 1992; Joensen, Grahl-Nielsen, 2004). Традиционные инструменты в этой области - графики и диаграммы - плохо справляются с задачей визуализации, когда возникает необходимость изобразить более трех взаимосвязанных величин (Померанцев, электронный ресурс; Kowalski, Bender, 1972; Зиновьев, 2000).

Так, при обработке данных методом МГК выявлено, что губки одного вида Baikalospongia intermedia profundalis с разных районов оз. Байкал, отличаются по составу липидных компонентов, хотя губки, обитающие в одной котловине оз. Байкал, близки по составу, что на ГК-графике отражено близким расположением (Большие Коты, Посольская банка и м. Толстый, расположенные в Южном Байкале). Губки Baikalospongia intermedia, обитающие в районе гидротермальной разгрузки в бухте Фролиха, расположены отдельно от губок Baikalospongia intermedia profundalis. Бухта Фролиха (Северный Байкал)

Далее выполнен сравнительный анализ ЖК состава губок Baikalospongia intermedia и Baikalospongia intermedia profundalis, обитающих в более «спокойном» районе озера Байкал - район Больших Котов. По содержанию НЖК в Baikalospongia intermedia доминируют кислоты 17:0 и 18:0, тогда как в Baikalospongia intermedia profundalis - 16:0 и i23:0. Уровни МНЖК в Baikalospongia intermedia выше, основными являются кислоты 24:1 (10.2%), 16:1d9 (4.3%) и 18:1d9 (2.4%). Содержание сверхдлинноцепочечной демоспонгиевой кислоты 26:3 в Baikalospongia intermedia profundalis составляет около 12.6%, тогда как в Baikalospongia intermedia - 2.4%. Таким образом, из рис. 5 видно, что ЖК состав губок, обитающих в районе Больших Котов, отличается, что, вероятно, связано с принадлежностью исследуемых губок к различным подвидам.

3.1.2. Донные осадки оз. Байкал. Озеро Байкал находится в своеобразной котловине, со всех сторон окружённой горными хребтами и сопками. Образцы донных осадков были отобраны в котловинах оз. Байкал: Южный Байкал - район м. Толстый и Больших Котов; в Среднем Байкале - недалеко от устья р. Турка и м. Ижимей; в Северном Байкале - б. Фролиха.

В составе липидной фракции донных осадков оз. Байкал обнаружено и идентифицировано около 140 соединений (ЖК, альдегидов и стеринов). Исследования показали, что основными компонентами метанолизата липидной фракции исследованных образцов донных осадков оз. Байкал являются насыщенные ЖК, наименьшее содержание во Фролихе 27.7-30.4%, а максимальные - в донных осадках Южного Байкала 38.6-42.3%.

В ЖК составе донных осадков озера Байкал обнаружены насыщенные ЖК от С12 до С24, также в исследуемых образцах найдены бактериальные разветвленные изо- и антеизо-кислоты с общим числом атомов углерода от С13 до С23. Состав моно- и полиненасыщенных ЖК, соответственно. Из рисунков видно, что ЖК состав осадков из разных районов озера отличается. Так донные осадки бухты Фролиха характеризуются относительно более высоким содержанием кислот 12:0, а13:0, изомеров кислоты 16:1 и 22:1.

Маркерными кислотами, по наличию и соотношению которых были определены основные микроорганизмы, являются такие гидроксикислоты как оксипальмитиновая h16 и гидроксимиристиновая 3h14, а также гексадеценовая кислота17:1. Во всех образцах донных осадков преобладают микроорганизмы, относящиеся к филуму Proteobacteria, в частности рода Methylomonas, которые относятся к г-proteobacteria. Донные осадки б. Фролихи отличаются более богатым разнообразием микроорганизмов по сравнению с другими исследованными районами, что находится в соответствии с данными более ранних исследований (Черницына, 2003; Namsaraev, Zemskaya et. al., 2006).

Влияние экологических условий среды на систематический состав микроорганизмов губок и донных осадков оз. Байкал. Сравнительный анализ видового разнообразия микробного сообщества губок выявил различия в зависимости от экологических условий среды. В образцах губок, отобранных в районе устья р. Турка на глубине около 300 м, преобладает группа микроорганизмов, относящихся к Actinobacteria, тогда как в образцах губок м. Ижимей с глубины около 1100-1500 м преобладают микроорганизмы филума Proteobacteria. Аналогичная зависимость наблюдается по микробному распределению в толще воды Южного Байкала. Так было выявлено, что на различных глубинах преобладали различные группы микроорганизмов: в поверхностном слое - Cyanobacteria, на глубине 400 м - Actinobacteria, на глубине 1200 м были выявлены представители практически всех подгрупп протеобактерий (Денисова и др., 1999).

В образцах губок, отобранных в б. Фролиха на глубине 400-450 м, основными являются не только микроорганизмы Actinobacteria, но и Proteobacteria. Вероятно, это связано с тем, что в б. Фролиха, известной богатым биологическим сообществом, расположен подводный термальный источник, который создает особую экологическую обстановку (Голубев, 2007) и способствует богатому биологическому разнообразию.

Во всех образцах донных осадков оз. Байкал доминируют микроорганизмы, относящиеся к филуму Proteobacteria, в частности микроорганизмы рода Methylomonas, которые абсолютно доминируют в донных отложениях пресноводных озер (Гальченко, 2001).

При сравнительном анализе микробного состава глубоководных губок и донных осадков, отобранных в одних и тех же районах оз. Байкал, обнаружено, что одни микроорганизмы присутствуют только в составе губок, другие - только в составе донных осадков и большая часть - и в губках, и в донных осадках. Губки становятся убежищами для эндосимбионтов - микроорганизмов, обитающих внутри губок (Dalsgaard, 2003). Так, микроорганизмы, принадлежащие родам Propionibacterium, Pseudonocardia, Thiobacillus, Anabaena, которые являются доминирующими в составе губок, не обнаружены в донных осадках, что позволяет сделать вывод о том, что они являются симбиотическими. Основные микроорганизмы донных осадков, Methylomonas, не обнаружены в губках. Те микроорганизмы, которые были обнаружены и в губках, и в донных осадках, вероятно, поступают в тело губки во время фильтрации окружающей воды. Выявлено, что общая численность микроорганизмов, ассоциированных с губкой, выше, чем в донных осадках, так как губки практически нацело извлекают из окружающей среды бактерио- и фитопланктон, служащие им источником питания.

3.2. Жирнокислотный состав глубоководных байкальских амфипод Ommatogammarus albinus.

В настоящей работе впервые исследован ЖК состав глубоководных амфипод Ommatogammarus albinus, отобранных в августе 2009 г. в бухте Фролиха (оз. Байкал) с глубины 430 м.

ЖК состав глубоководных байкальских амфипод. Всего было обнаружено более 40 ЖК с углеродной цепью от С14 до С24. В общем ЖК составе амфипод значения группы насыщенных кислот варьирует в пределах от 13.8 до 18.0%. Основной насыщенной ЖК является пальмитиновая 16:0 кислота, ее содержание в среднем составляет около 9.8%, в меньших количествах содержится стеариновая 18:0 кислота - около 2.7% от суммы ЖК. Ненасыщенные ЖК являются основными (около 65% от суммы ЖК), из них МНЖК составляют около 52%, среди которых доминирующей является мононенасыщенная олеиновая кислота 18:1n9 в количестве около 30% от суммы ЖК. Мононенасыщенные кислоты С16 и С18 представлены тремя изомерами (n9, n7 и n5) каждая, а кислота С20 - двумя (n11 и n9). Количество кислоты 18:1 как суммы изомеров в ЖК составе глубоководных амфипод Ommatogammarus albinus составляет около 37%. В ЖК составе трех видов глубоководных байкальских гаммарид Ceratogammarus dybowski, Abyssogammarus sp. и Polycotilus sp., отобранных с глубин 1000 - 1300 м., ранее были выявлены три основных компонента: 18:1 (как сумма всех изомеров, варьировала от 22.4 до 45.2%), 20:5n3 (12.4 - 17.8%) и 22:6n3 (5.8 - 20.9%). Среди ЖК кислота 18:1 (как сумма изомеров) была доминирующим компонентом и варьировала от 30.2% в Abyssogammarus sp. до 46.6% в Polycotilus sp. (Morris, 1984). В составе глубоководных амфипод рода Acanthogammarus (Brachyuropus) grewingkii содержание кислоты 18:1 как суммы изомеров составило 12.7 - 26.1% от суммы ЖК, однако доминирующим изомером была кислота 18:1n7 (Dembitsky et al., 1994). Среди ПНЖК доминируют такие незаменимые кислоты как эйкозапентаеновая 20:5n3 (4.6%), докозагексаеновая 22:6n3 (2.5%) и арахидоновая 20:4n6 (2.1%) кислоты. Высокое содержание ненасыщенных ЖК и низкое содержание насыщенных ЖК связано, по-видимому, с низкой температурой и необходимостью поддерживать на определенном уровне «жидкокристаллическое» состояние мембранных структур. Так при исследовании ЖК состава амфипод Caprellidea, обитающих в проливе Гибралтар, было выявлено, что содержание ПНЖК у образцов, отобранных при более низкой температуре, выше (Kawashima, 1999; Guerra-Garcia, 2004).

Кроме температуры влияние на ЖК состав также может оказывать тип питания животных. Информацию о трофическом уровне, составе и типе питания можно определить соотношением биомаркерных кислот. Высокие содержания специфичных липидных компонентов, таких как кислоты 16:1n7, 18:1n7 и 20:5n3, используемых в качестве трофических биомаркеров, рассматриваются как индикаторы питания диатомовыми водорослями (Graeve et al., 2001; Nelson et al., 2001; Auel et al, 2002). Напротив, флагелляты содержат высокие содержания докозагексаеновой кислоты 22:6n3 (Graeve et al., 1994; Sargent et al., 1987; Scott et al., 2001), тогда как арахидоновая кислота 20:4n6 происходит от микроводорослей и неизменно входит в состав амфипод (Graeve et al., 2001). Олеиновая кислота 18:1n9 рассматривается как индикатор плотоядного питания (Nelson et al., 2001) и по этому показателю животные могут относиться к некрофагам (Graeve et al., 2001).

Таким образом, высокое значение соотношения 18:1n9/18:1n7 и относительно низкие соотношения 16:1n7/16:0 и 20:5n3/22:6n3 подтверждает, что глубоководные амфиподы Ommatogammarus albinus относятся к некрофагам (Dybowsky, 1894; Базикалова, 1945; Тахтеев, Механикова, 1993; Тахтеев, 2000).

3.3. Жирнокислотный состав рыб

Для сравнительного анализа ЖК состава исследовали глубоководные байкальские рогатковидные рыбы б. Фролиха Batrachocottus multiradiatus, Batrachocottus nikolskii, Limnocottus bergianus, локальный эндемик Neocottus thermalis и трех видов рыб р. Кичера (приток р. Холодной, Северный Байкал): плотва Rutilus rutilus, окунь Perca fluviatilis и щука Esox lucius. Река Кичера - одна из рек, впадающей в озеро Байкал с севера, мониторинг состояния экосистемы р. Кичеры в районе впадения её притока (р. Холодной) является актуальным в связи с увеличением антропогенной нагрузки на водные экосистемы этого региона, нарушающей естественный круговорот химических элементов.

Методом ГХМС в тканях гидробионтов обнаружено более 40 ЖК, относительные количества которых в мышечной ткани рыб варьировались от <0.1% до максимального значения 26.6%.

Насыщенные ЖК. Во всех исследуемых образцах рыб основной насыщенной кислотой является пальмитиновая 16:0 кислота. Ее содержание составляет 12.2-23.6%. Следующие доминирующие насыщенные кислоты это стеариновая 18:0, которая обнаружена в меньших количествах 1.6-9.6%, и миристиновая 14:0 с содержанием от 0.7 до 4.1%. Низкая температура обусловливает пониженное содержание насыщенных НЖК, которое составляет в глубоководных гидробионтах 20.1-28.5%, а в тканях рыб р. Кичера - 30.6-38.5%.

Мононенасыщенные ЖК. Содержание МНЖК в рыбах разного вида различается. Так Limnocottus bergianus содержат всего 16.6%, Batrachocottus multiradiatus - 26.4%, а Neocottus thermalis и Batrachocottus nikolskii - 44.1 и 47.4%, соответственно. По сравнению с глубоководными гидробионтами рыбы р. Кичера содержали меньше МНЖК - 13.4-18.1%. Из МНЖК с наибольшим относительным содержанием выявлены кислоты 18:1n9 (4.1-22.5%) и 16:1n7 (1.7-15.5%).

Полиненасыщенные ЖК. Мышечная ткань исследуемых видов глубоководных рыб содержит высокие уровни ПНЖК, их содержание уменьшается в ряду Limnocottus bergianus (54.8%), Batrachocottus multiradiatus (48.3%), Batrachocottus nikolskii (32.4%), Neocottus thermalis (25.2%). Содержание в образцах щуки, окуня и плотвы составляет 50.4, 49.7 и 39.7%, соответственно. Среди ПНЖК во всех образцах доминируют незаменимые ЖК: эйкозапентаеновая 20:5n3, докозагексаеновая 22:6n3, а также арахидоновая 20:4n6 кислоты. В мышцах рыб содержатся низкие количества НЖК, отчетливо меньшие количества МНЖК и больше ПНЖК.

Мышечная ткань рыб содержит высокие уровни длинноцепочечных n3 ПНЖК, что типично для морских рыб, но поскольку уровни n6 ПНЖК были также высокими, то соотношение n3/n6 ПНЖК локального эндемика Neocottus thermalis составляет 1.9, а в остальных видах рыб - 2.3-3.3, что характерно для пресноводных рыб. Это соотношение типично варьируется в пределах от 1 до 3 для пресноводных рыб и 8-18 для морских рыб (Henderson, Tocher, 1987).

Использование метода ГК, где в качестве переменных используются ЖК, позволяет проследить различные закономерности в вариациях ЖК состава образцов исследованных рыб и амфипод в зависимости от таксономического положения. Видно, что рыбы подразделяются на отчетливо различающиеся группы. Образцы плотвы, окуня и щуки расположены в правой части графика, а байкальские образцы глубоководных гидробионтов - в левой. Бентосные эврибатные Batrachocottus multiradiatus и Limnocottus bergianus, и бентосные абиссальные рогатковидные рыбы Batrachocottus nikolski и Neocottus thermalis группируются близко, что связано с их экологической нишей. Близкое расположение образцов щуки Esox lucius и окуня Perca fluviatilus на графиках указывает на схожий тип питания этих рыб. Так известно, что весь цикл онтогенеза окуня Perca fluviatilis в основном проходит в поверхностных слоях воды; в питании наряду с рыбой, важное место принадлежит бентосным организмам. Щука Esox lucius относится к хищникам, рацион щуки состоит исключительно из рыбы. Представители плотвы Rutilus rutilus на МГК-графике и расположены обособленно, что также связано с отличным типом питания от других рыб, поскольку плотва относится к планктонобентософагам (Сидоров, 1983; Morris, 1984).

Мониторинг состояния экосистемы р. Кичеры в районе впадения её притока (р. Холодной) является актуальным в связи с увеличением антропогенной нагрузки на водные экосистемы этого региона, нарушающей естественный круговорот химических элементов. В связи с близким расположением Холоднинского полиметаллического рудного месторождения выявлено содержание тяжелых металлов исследуемых рыбах. Они являются наиболее подходящими биоиндикаторами уровня загрязнения поверхностных вод, поскольку занимают в биоценозах водных экосистем, как правило, верхний трофический уровень и, соответственно, накапливают металлы, поступающие к ним от других гидробионтов. Было исследовано содержание шести тяжелых металлов (Pb, Cd, Zn, Mn, Со и Hg), которые являются наиболее опасными и хорошо изученными поллютантами поверхностных вод, в мышцах и печени исследованных рыб р. Кичеры. Концентрации металлов в исследуемых видах рыб не превышают принятых санитарных нормативов.

ВЫВОДЫ

1. Выявлен количественный и качественный состав липидных компонентов (ЖК, альдегиды, стерины) глубоководных губок и донных осадков оз. Байкал. Доминирующими ЖК являются кислоты 16:0, 18:0, изомеры 16:1 и 18:1, а также сверхдлинноцепочечные демоспонгиевые кислоты 24:1 и 26:3. Обнаружены длинноцепочечные альдегиды 22:1а, 24:1а и 24:1d11а. Губки Baikalospongia intermedia, обитающие в районе гидротермальной разгрузки, содержат более высокие содержания ЖК и относительно низкие содержания стеринов.

2. Впервые с использованием метода ГХМС определены специфические липидные маркеры, позволяющие идентифицировать различные группы микроорганизмов глубоководных губок и донных осадков озера Байкал. Обнаружена группа бактериогенных ЖК: разветвленные изо- и антеизо-кислоты с общим числом атомов углерода от С13 до С20, пять насыщенных гидроксикислот бактериального происхождения - 3-оксипентадекановая (3h15), 2-оксипентадекановая (2h15), оксиизопальмитиновая (3hi16), 10- оксипальмитиновая (10h16) и оксиэйкозановая (3h20), циклопропановые 17 cyc и 19cyc, монометилзамещенные 10Ме14:0 и 10Ме17:0 и др.

3. Выявлены особенности распределения основных групп микроорганизмов в глубоководных губках в зависимости от условий обитания. Так, в губках, обитающих на глубине около 300 м, доминируют микроорганизмы, относящиеся к Actinobacteria, тогда как в образцах губок с глубины около 1100-1500 м - Proteobacteria. В губках, обитающих в районе выходов гидротермальной разгрузки на глубине 400-450 м, преобладают и Actino-, и Proteobacteria.

4. Сравнительный анализ микробного состава глубоководных губок и донных осадков, отобранных в одних и тех же районах оз. Байкал, показал, что одни микроорганизмы присутствуют только в составе губок, другие - только в составе донных осадков и большая часть - и в губках, и в донных осадках. Так, микроорганизмы, принадлежащие родам Propionibacterium, Pseudonocardia, Thiobacillus, Anabaena, которые являются доминирующими в составе губок, не обнаружены в донных осадках и, вероятно, являются симбиотическими. Основные микроорганизмы донных осадков, Methylomonas, не обнаружены в губках.

5. Впервые изучен жирнокислотный состав глубоководных байкальских амфипод Ommatogammarus albinus. Глубоководные байкальские амфиподы содержат высокие содержания МНЖК, в частности 18:1n9. Высокое значение соотношения 18:1n9/18:1n7 и относительно низкие соотношения 16:1n7/16:0 и 20:5n3/22:6n3 подтверждает, что глубоководные амфиподы Ommatogammarus albinus относятся к некрофагам.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в изданиях, включенных в список ВАК

1. Аверина, Е.С. Трансформация жирных кислот гидробионтов оз. Байкал по пищевой цепи / Е.С. Аверина, O. Грахл-Нилсен, С.В. Базарсадуева, Л.Д. Раднаева // Химия природных соединений. - 2010. - №6. - С. 727-731.

2. Пинтаева, Е. Ц. Содержание и характер накопления металлов в рыбах р. Кичеры (приток оз. Байкал) / Е.Ц. Пинтаева, С.В. Базарсадуева, Л.Д. Раднаева, Е.А. Петров, О.Г. Смирнова // Сибирский экологический журнал. -2011. - №1. - С. 87-92.

3. Базарсадуева, С.В. Жирнокислотный состав глубоководных байкальских амфипод Ommatogammarus albinus / С.В. Базарсадуева, Л.Д. Раднаева // Химия в интересах устойчивого развития. - 2013. - 21. - С. 533-537.

Публикации в материалах конференций

4. Базарсадуева, С.В. Изучение жирнокислотного состава и содержания металлов в мышечной ткани рыб реки Кичера республики Бурятия / С.В. Базарсадуева // Ломоносов-2009: материалы Международной конференции студентов, аспирантов, молодых ученых. - Москва. - 2009. - С. 3.

5. Базарсадуева, С.В. Изучение состава липидов и содержания металлов в мышечной ткани рыб реки Кичера (Северобайкальский район республики Бурятия) / С.В. Базарсадуева // V школа-семинар молодых ученых России «Проблемы устойчивого развития региона» - Улан-Удэ. - 2009. - С. 158-160.

6. Pintaeva, E.Ts. Study of heavy metals distribution in organs and tissues of freshwater fishes from Kichera river (Lake Baikal feeder) using PC-analysis / E.Ts. Pintaeva, S.V. Bazarsadueva, L.D. Radnaeva, E.A. Petrov // 7-ой Международный симпозиум "Современные методы анализа многомерных данных" (WSC-7). - Санкт-Петербург. - 2010. - С. 84-85.

7. Грахл-Нильсен, О. Жирнокислотный состав глубоководных гидробионтов оз. Байкал. / О. Грахл-Нильсен, Л.Д. Раднаева, C.В. Базарсадуева, Д.В. Попов, Е.С. Аверина // Тезисы докладов Международной научной конференции «Дельты Евразии: происхождение, эволюция, экология и хозяйственное освоение». - Улан-Удэ. - 2010. -С. 275-277.

8. Базарсадуева, С.В. Исследование липидов губок Baikalospongia intermedia и их симбионтов / С.В. Базарсадуева, Л.Д. Раднаева, В.В. Тараскин // Тезисы V Международной научно-практической конференции "Приоритеты Байкальского региона в азиатской геополитике России". - Улан-Удэ. - 2011. - С. 111-112.

9. Базарсадуева, С.В. Липиды губок бухты Фролиха оз. Байкал / С.В. Базарсадуева, Ц.Ж. Базаржапов Л.Д. Раднаева, В.В. Тараскин // VI школа-семинар молодых ученых России «Проблемы устойчивого развития региона». - Улан-Удэ. - 2011. - C. 131-133.

10. Radnaeva, L.D. Study of benthic organisms as bioindicators of ecosystem of Lake Baikal. / L.D. Radnaeva, S.V. Bazarsadueva, V.V. Taraskin, G.A. Osipov // International Forum on Regional Sustainable Development of Northeast and Central Asia. - Beijing (China). - 2011. - C. 168-175.

11. Базарсадуева, С.В. Анализ липидной фракции губок Вaikalospongia intermedia / С.В. Базарсадуева, В.В. Тараскин // VIII Всероссийская конференция по анализу объектов окружающей среды ЭКОАНАЛИТИКА 2011, посвященная 300-летию со дня рождения М.В. Ломоносова - Архангельск. - 2011. - C. 72.

12. Раднаева, Л.Д. Метод газо-хромато-масс-спектрометрии в изучении липидных компонентов донных осадков в экосистеме озера Байкал / Л.Д. Раднаева, С.В. Базарсадуева, Е.Ц. Пинтаева, В.В. Тараскин, Г.А. Осипов // Второй съезд аналитиков России. - Москва. - 2013. - C. 542.

13. Базарсадуева, С.В. Анализ липидной фракции губок Baikalospongia intermedia / С.В. Базарсадуева, В.В. Тараскин, Л.Д. Раднаева // Материалы Всероссийской молодежной научно-практической конференции с международным участием «Экологобезопасные и ресурсосберегающие технологии и материалы». - Улан-Удэ. - 2011. - С. 160-161.

14. Базаржапов, Ц.Ж. Жирнокислотный состав печени и мышц рыб Северобайкальского сора оз. Байкал / Ц.Ж. Базаржапов, Л.Д. Раднаева, С.В. Базарсадуева, Е.Ц. Пинтаева // Материалы Всероссийской молодежной научно-практической конференции с международным участием «Экологобезопасные и ресурсосберегающие технологии и материалы». Улан-Удэ. - 2011. - С. 158-159.

15. Попов, Д.В. Систематическое исследование ЖК состава липидов рогатковидных рыб озера Байкал / Д.В. Попов, С.В. Базарсадуева // VII школа-семинар молодых ученых России «Проблемы устойчивого развития региона». - Улан-Удэ. - 2013. - С. 216-219.

Размещено на Allbest.ru