Том 37, номер 04, статья № 7

Аннотация:

В прибрежных водоемах, образовавшихся путем отделения от Белого моря в ходе послеледникового под­нятия берега, в хемоклине – градиентной зоне между аэробной и сероводородной зонами – часто наблюдается окрашенная прослойка воды с массовым развитием фототрофных микроорганизмов. Спектры пропускания солнечного света, измеренные на разных горизонтах трех стратифицированных водоемов и в прибрежной морской акватории с помощью погружаемого волоконно-оптического зонда, сопоставлены со спектрами поглощения света водой на этих же горизонтах. Для слоев с массовым развитием аноксигенных фототрофов по спектрам поглощения определены концентрации бактериохлорофиллов. Согласно полученным данным диапазоны проходящего солнечного спектра в водной толще («цветовые экологические ниши») в значительной степени зависят от растворенных в воде гуминовых веществ. Их концентрация возрастает по мере изоляции водоема от моря, из-за чего фотическая зона сужается по глубине, хемоклин оказывается ближе к поверхности и наблюдается сдвиг спектра попадающего в хемоклин света в более длинноволновую сторону. В морской бухте до хемоклина доходит в основном свет с длиной волны 524–593 нм, в морской стратифицированной лагуне преобладают длины волн 526–597 нм, в водоемах с пресным поверхностным слоем воды солнечный спектр сдвинут в красную область (573–727 нм). Показано, что «цветовые экологические ниши» в различных водоемах заняты организмами, светособирающие антенны которых адаптированы к поглощению квантов света соответствующего спектрального диапазона. Этот факт может быть использован для предсказания таксономического состава различных слоев стратифицированного водоема.

Ключевые слова:

гуминовые вещества, растворенное органическое вещество, меромиктические водоемы, спектр пропускания света в природных водах, фототрофные микроорганизмы, фотосинтетические пигменты, спектральные экологические ниши, цветные слои воды

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Шулейкин В.В. Физика моря. М.: URSS, 2022. 1096 с.
2. Croce R., van Amerongen H. Natural strategies for photosynthetic light harvesting // Nat. Chem. Biol. 2014. V. 10. P. 492–50.
3. Šebelík V., West R., Trsková E.K., Kaňa R., Polívka T. Energy transfer pathways in the CAC light-harvesting complex of Rhodomonas Salina // Biochim. Biophys. Acta – Bioenergetics. 2020. V. 1861, N 1. P. 148280.
4. Van der Weij-De Wit C.D., Doust A.B., van Stokkum I.H.M., Dekker J.P., Wil K.E., Curmi P.M.G., Scholes G.D, van Grondelle R. How energy funnels from the phycoerythrin antenna complex to photosystem I and photosystem II in cryptophyte Rhodomonas CS24 cells // J. Phys. Chem. B. 2006. V. 110, N 49. P. 25066–25073.
5. Carbonera D., Valentin M., Spezia R., Mezzetti A. The Unique photophysical properties of the peridinin-chlorophyll-a-protein // CPPS. 2014. V. 15, N 4. P. 332–350.
6. Polli D., Cerullo G., Lanzani G., De Silvestri S., Hashimoto H., Cogdell R.J. Carotenoid-bacteriochlorophyll energy transfer in LH2 complexes studied with 10-fs time resolution // Biophys. J. 2006. V. 90, N 7. P. 2486–2497.
7. Pšenčık J., Ma Y.-Z., Arellano J.B., Garcia-Gil J., Gillbro T. Excitation energy transfer in chlorosomes of Chlorobium Phaeobacteroides strain CL1401: The role of carotenoids // Photosyn. Res. 2002. V. 71, N 1–2. P. 5–18.
8. Жильцова А.А., Харчева А.В., Краснова Е.Д., Лунина О.Н., Voronov D.A., Саввичев А.С., Горшкова О.М., Пацаева С.В. Спектральное исследование зеленых серных бактерий в стратифицированных водоемах Кандалакшского залива Белого моря // Оптика атмосф. и океана. 2018. Т. 31, № 3. С. 233–239; Zhiltsova A.A., Kharcheva A.V., Krasnova E.D., Lunina O.N., Voronov D.A., Savvichev A.S., Gorshkova O.M., Patsaeva S.V. Spectroscopic study of green sulfur bacteria in stratified water bodies of the Kandalaksha Gulf of the White Sea // Atmos. Ocean. Opt. 2018. V. 31, N 4. P. 390–396.
9. Харчева А.В., Жильцова А.А., Лунина О.Н., Краснова Е.Д., Voronov D.A., Саввичев А.С., Пацаева С.В. Флуоресценция бактериохлорофиллов зеленых серных бактерий в анаэробной зоне двух природных водоемов // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 3: Физ., астр. 2018. № 4. С. 40–45.
10. Хунджуа Д.А., Пацаева С.В., Трубецкой О.А., Трубецкая О.Е. Анализ растворенного органического вещества пресноводных озер Карелии обратно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографией с одновременной регистрацией оптической плотности и флуоресценции // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 3: Физ., астр. 2017. № 1. С. 66–73.
11. Trubetskaya O.E., Richard C., Patsaeva S.V., Trubetskoj O.A. Evaluation of aliphatic/aromatic compounds and fluorophores in dissolved organic matter of contrasting natural waters by SEC-HPLC with multi-wavelength absorbance and fluorescence detections // Spectrochim. Acta – Part A: Mol. and Biomol. Spectrosc. 2020. V. 238, N 5. P. 118450–118450.
12. Краснова Е.Д., Воронов Д.А., Жильцова А.А., Соколовская Ю.Г., Пацаева С.В. Корреляция оптической плотности в ближнем УФ-диапазоне и солености в поверхностных водах прибрежных стратифицированных водоемов на разных стадиях изоляции от Белого моря // Герценовские чтения. География: развитие науки и образования: Материалы Междунар. науч.-практ. конф. 19–21 апреля 2023 г. Т. 1. СПб.: Изд-во РГПУ им. Герцена. С. 250–254.
13. Соколовская Ю.Г., Жильцова А.А., Краснова Е.Д., Воронов Д.А., Пацаева С.В. Спектрально-люминесцентные характеристики растворенного органического вещества в меромиктических водоемах Кандалакшского залива Белого моря // Опт. и спектроскоп. 2023. Т. 131, № 6. С. 872–879.
14. Sokolovskaya Y.G., Krasnova E.D., Voronov D.A., Matorin D.N., Zhiltsova A.A., Patsaeva S.V. Optical proxies of euxinia: Spectroscopic studies of CDOM, chlorophyll, and bacteriochlorophylls in the lagoon on Zeleny cape (the White Sea) // Photonics. 2023. V. 10, N 6. P. 672.
15. Вазюля С.В., Копелевич О.В. Сравнительные оценки баланса фотосинтетически активной радиации в Баренцевом, Белом, Карском и Черном морях по данным судовых и спутниковых измерений // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2012. Т. 5, № 4. С. 47–53.
16. Gorlenko V.M., Vainstein M.V., Chebotarev E.N. Bacteria of sulfur and iron cycles in the lowsulfate meromictic Lake Kuznechikha // Arch. Microbiol. 1980. V. 49, N 5. P. 653–659.
17. Overmann J. Mahoney Lake: A case study of the ecological significance of phototrophic sulfur bacteria // Adv. Microbial Ecol. 1997. P. 251–289.
18. Vila X., Cristina X.P., Abella C.A., Hurley J.P. Effects of gilvin on the composition and dynamics of metalimnetic communities of phototrophic bacteria in freshwater North-American lakes // J. Appl. Microbiol. 1998. V. 85, N S1. P. 138S–150S.
19. Горбунов М.Ю., Уманская М.В. Аутэкология аноксигенных фототрофных бактерий в водоемах Самарской области // Изв. Самарск. НЦ РАН. 2010. Т. 12, № 4. C. 934–940.
20. Lunina O.N., Savvichev A.S., Veslopolova E.F., Gorlenko V.M., Krasnova E.D., Kokryatskaya N.M., Kuznetsov B.B. Succession processes in the anoxygenic phototrophic bacterial community in lake Kislo-Sladkoe (Kandalaksha bay, White Sea) // Microbiology. 2016. V. 85, N 5. P. 531–544.
21. Matyugina E., Belkova N., Borzenko S., Lukyanov P., Kabilov M., Baturina O., Martynova-Van Kley A., Nalian F., Ptitsyn A. Structure and diversity dynamics of microbial communities at day and night: Investigation of meromictic Lake Doroninskoe, Transbaikalia, Russia // J. Ocean. Limnol. 2018. V. 36, N 6. P. 1978–1992.
22. Рогозин Д.Ю. Меромиктические озера Северо-Минусинской котловины: закономерности стратификации и экология фототрофных серных бактерий. Красноярск: ИФ СО РА, 2019. 241 с.
23. Краснова Е.Д., Пантюлин А.Н., Маторин Д.Н., Тодоренко Д.А., Белевич Т.А., Милютина И.А., Воронов Д.А. Цветение криптофитовой водоросли Rhodomonas sp. (Cryptophyta, Pyrenomonadaceae) в редокс зоне водоемов, отделяющихся от Белого моря // Микробиология. 2014. Т. 83, № 3. С. 346–354.
24. Саввичев А.С., Лунина О.Н., Русанов И.И., Захарова Е.Е., Веслополова Е.Ф., Иванов М.В. Микробиологические и изотопно-геохимические исследования озера Кисло-Сладкое – меромиктического водоема на побережье Кандалакшского залива Белого моря // Микробиология. 2014. Т. 83. С. 191–203.
25. Gulati R.D., Zadereev E., Degermendzhi A.G. Ecology of meromictic lakes // Ecological Stud. 2017. V. 228. P. 450.
26. Krasnova E., Matorin D., Belevich T., Efimova L., Kharcheva A., Kokryatskaya N., Losyuk G., Todorenko D., Voronov D., Patsaeva S. 2018. The characteristic pattern of multiple colored layers in coastal stratified lakes in the process of separation from the White Sea // Chin. J. Oceanol. Limnol. N 6. P. 1–16.
27. Savvichev A.S., Babenko V.V., Lunina O.N., Letarova M.A., Boldyreva D.I., Veslopolova E.F., Demidenko N.A., Kokryatskaya N.M., Krasnova E.D., Gaisin V.A., Kostryukova E.S., Gorlenko V.M., Letarov A.V. Sharp water column stratification with an extremely dense microbial population in a small meromictic lake, Trekhtzvetnoe // Environ. Microbiol. 2018. V. 20, N 10. P. 3784–3797.
28. Лунина О.Н., Саввичев А.С., Бабенко В.В., Болдырева Д.И., Колганова Т.В., Краснова Е.Д., Кокрятская Н.М., Веслополова Е.Ф., Воронов Д.А., Демиденко Н.А., Летарова М.А., Летаров А.В., Горленко В.М. Сезонные изменения структуры сообщества аноксигенных фототрофных бактерий меромиктического озера Трехцветное (Кандалакшский залив Белого моря) // Микробиология. 2019. Т. 88, № 1. С. 100–115.
29. Краснова Е.Д., Воронов Д.А., Демиденко Н.А., Кокрятская Н.М., Пантюлин А.Н., Рогатых Т.А., Самсонов Т.Е., Фролова Н.Л. Исследования отделяющихся водоемов на побережье Белого моря. Комплексные исследования Бабьего моря, полуизолированной беломорской лагуны: геология, гидрология, биота – изменения на фоне трансгрессии берегов. Труды Беломорской биостанции МГУ. М.: Т-во науч. изд. КМК, 2016. С. 211–241.
30. Емельянцев П.С., Жильцова А.А., Краснова Е.Д., Воронов Д.А., Рымарь В.В., Пацаева С.В. Определение концентрации хлоросомных бактериохлорофиллов по спектрам поглощения клеток зеленых серных бактерий в пробах природной воды // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 3: Физ., астр. 2020. № 2. С. 25–30.
31. Жильцова А.А., Филиппова О.А., Краснова Е.Д., Воронов Д.А., Пацаева С.В. Сравнительный анализ спектральных методов определения концентрации бактериохлорофилла d зеленых серных бактерий в воде // Оптика атмосф. и океана. 2022. Т. 35, № 4. С. 312–318; Zhiltsova A.A., Filippova O.A., Krasnova E.D., Voronov D.A., Patsaeva S.V. Comparative analysis of spectral methods for determining bacteriochlorophyll d concentration in green sulfur bacteria in water // Atmos. Ocean. Opt. 2022. V. 35, N 5. P. 5627–568.
32. Grouzdev D., Gaisin V., Lunina O., Krutkina M., Krasnova E., Voronov D., Baslerov R., Sigalevich P., Savvichev A., Gorlenko V. Microbial communities of stratified aquatic ecosystems of Kandalaksha bay (White Sea) shed light on the evolutionary history of green and brown morphotypes of chlorobiota // FEMS Micriobiol. Ecol. 2022. V. 98. P. 103.
33. Stomp M., Huisman J., Stal L.J., Matthijs H.C.P. Colorful niches of phototrophic microorganisms shaped by vibrations of the water molecule // ISME J. 2007. V. 1, N 4. P. 271–282.
34. Kravchishina M.D., Burenkov V.I., Kopelevich O.V., Sheberstov S.V., Vazyulya S.V., Lisitzin A.P. New data on the spatial and temporal variability of the chlorophyll a concentration in the White Sea // Doklady Earth Sciences. 2013. V. 448, N 1. P. 120–125.
35. Holtrop T., Huisman J., Stomp M., Biersteker L., Aerts J., Grébert T., Partensky F., Garczarek L., Woerd H.J. Vibrational modes of water predict spectral niches for photosynthesis in lakes and oceans // Nat. Ecol. Evolut. 2021. V. 5, N 1. P. 55–66.
36. Pope R.M., Fry E.S. Absorption spectrum (380–700 nm) of pure water. II. Integrating cavity measurements // Appl. Opt. 1997. V. 6. P. 8710–8723.