Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Актуалистическая палеонтология циано-бактериальных сообществ

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Заключение Диссертация по теме "Микробиология", Герасименко, Людмила Михайловна

ВЫВОДЫ

1. Циано-бактериальные маты аналогичны по строению строматолитам, что позволяет использовать их как объект актуалистической палеонтологии докембрия.

2. Циано-бактериальные маты представляют кооперативное микробное сообщество, построенное по единому плану для всех исследованных мест обитания. Они включают: цианобакте-рий (как правило, трихомные, ответственные-за структуру мата), фототрофные аноксигенные микроорганизмы и строгие анаэробы -деструкторы, 1' включая сульфидо-и метаногенов.

3. Во всех исследованных матах в зависимости от физико-химических условий местообитания доминируют определенные виды цианобактерий, экофизиология которых соответствует топйческим условиям. В термофильных матах это МаъгщосЫйт, РИогппсИит, в галофильных и алкалофильных - Мкгосо1ет.

4. Циано-бактериальные маты являются высокопродуктивными системами с преобладанием продукционных процессов над деструкционными. По содержанию хлорофилла на единицу площади они не уступают высшим растениям.

5. Изученные цианобактерии предпочитают восстановительные условия. Фиксация углекислоты цианобактериями увеличивается в аноксических условиях в 4-5 раз. Присутствие кислорода выше 20% ннгибирует их рост. г ^

6. Циано-бактериальный термофильный мат является фильтром и модификатором эндогенных газов газогидротерм. Цианобактерии трансформируют такие газы, как углекислый газ, кислород, водород, сероводород, азот, аммиак.

7. Циано-бактериальный мат служит агентом образования отложений минералов. Он может литифицироваться с отложением карбонатов и фосфатов. В термальных условиях наблюдается окремнение.

В. Для литификании циано-бактериальных матов и образования строматолитов требуется более мощный подток кальция, карбонатов, фосфатов, чем есть в современных водах. Строматолиты могли возникнуть на границе смешения континентальных щелочных и содержащих кальций морских вод.

9. В лабораторных условиях прослежено образование микрофоссилий в культурах цианобактерий при отложении минералов. Фоссилизация происходит только в мертвых цианобактериях, в живых минерализуется полисахаридное влагалище.

10. Выявлен механизм образования биогенных отложений фосфоритов, включающий быстрое поглощение цианобактериями фосфора, накопление его внутри клеток в виде полифосфатов, поступление в межклеточное пространство при разложении клеток, что превышает порог концентрации достаточный для фосфатизации. Процесс минерализации протекает очень быстро, что объясняет хорошую сохранность структуры организмов в фосфатизированныхмикрофоссилиях.

11. Лабораторное моделирование в сочетании с наблюдениями фосфатизированного ископаемого материала доказывает участие циано-бактериального сообщества в образовании месторождений фосфоритов.

12. Циано-бактериальное сообщество служит достаточной актуалистической моделью для объяснения биогеохимических преобразований в первые три миллиарда лет существования биосферы.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИЯ

Всего: 67. Из них: монографий ( в соавторстве)- 3.; обзоров -4; экспериментальных статей -46; тезисов -14.

1. Герасименко JI.M., Заварзин Г.А. Анаболическое потребление водорода цианобактериями. Микробиология 1981. Т.50. №6. С. 955-961.

2. Фирус O.K., Некрасова В.К., Герасименко JI.M., Романова А.К. Рост и ассимиляция углекислоты у цианобактерии

Sinechococcus cedrorum//Микробиология. 1982. T.5I. № 3. С. 448-455.

3. Орлеанский В.К., Герасименко JIM. Лабораторное моделирование термофильного циано-бактериального сообщества// Микробиология. 1982. Т. 51. № 4. С.538-542.

4. Герасименко JIM., Заварзин Г.А. Обмен водорода, углекислоты, кислорода и метана в циано-бактсриальиых сообществах// Микробиология. 1982. Т. 51. № 5. С. 718-722.

5. Герасименко Л.М., Карпов Г.А., Орлеанский В.К., Заварзин Г.А. Роль циано-бактериального фильтра в трансформации газовых компонентов гидротерм на примере кальдеры Узон на Камчатке// Журнал общей биологии. 1983. Т. 44. № 6. С. 842-851.

6. Никитина В.И., Герасименко Л.М. Необычная высокотемпературная форма Mastigocladus lamino'sus Cohn// Микробиология. 1983. T. 52. № 3. С. 477-481.

7. Некрасова В.К., Герасименко Л.М., Романова А.К. Физиологические особенности фотосинтеза у термофильной цианобактерии Mastigocladus laminosus// Микробиология. 1'983. Т. 52. № 24 С 548-554. ■■■у;^-,.

8. Бунин Ф.В., Власов Д.С., Герасименко Л.М., Слободянин В.П. Температурная зависимость спектра люминесценции синезеленых водорослей//Квантовая механика. 1983. Т. 10. № 8. С. 1529-1531.

9. Некрасова В.К., Герасименко Л.М., Романова А.К. Изучение осаждения кальция в присутствии цианобактерий// Микробиология. 1984. Т. 53. № 5. С. 833-842.

Ю.Герасименко Л.М., Крылов Й.Н. Посмертные изменения цианобактерий " в водорослево-бактериальных пленках термальных источников Камчатки// Докл.АН СССР, 1983. Т.272. № 1.С. 201-203.

11 .Бильдушкинов Б.Б., Некрасова В.К., Герасименко Л.М. Роль фотосинтезирующих микроорганизмов в газовом обмене циано-бактериального сообщества// Микробиология. 1985. Т. 54. № 4. С.517-522.

12.Бильдушкинов Б.Б., Герасименко Л.М. Термофильные цианобактерии из циано-бактериального сообщества// Микробиология. 1985. Т. 54. № 3. С. 490-493.

1 З.Герасименко Л.М., Миллер Ю.М. Газовый обмен экстремально термофильного ацидофильного фототрофа Cyanidium calderium// Микробиология. 1985. T. 54. № 5. С. 693-698.

14.Герасименко Л.М., Заварзин Г.А. Микробные сообщества

65 газогидротерм/ Биология термофильных микроорганизмов// Ред. А.А.Имшенецкий. М.: Наука. 1985. С.5-8. 15.Герасименко JIM. Термофильные альго-бактериальные сообщества гидротерм кальдеры У зон (Камчатка) и их газовый обмен// Биология термофильных микроорганизмов // Ред. А.А.Имшенецкий. М.: Наука. 1985. С.44-47. 16.0рлеанский В.К., Герасименко JI.M. Альго-бактериальные сообщества термальных источников Узона и их лабораторное моделирование/ Биология термофильных микроорганизмов// Ред. А.А.Имшенецкий. М.: Наука. 1985. С.41-43.

17.Герасименко JIM., Бонч-Осмоловская Е.А., Заварзин Г.А. Микробные сообщества и их геохимическая роль// 7 съезд Всесоюзного Микробиологического общества, Алма-Ата. 1985.Тез.докл. С.38.

18.Герасименко JI.M. Роль цианобактерий и других фототрофных организмов в трансформации вулканических газовых эксгаляций// Материалы 6 Всесоюзного вулканологического совещания. Тезисы доклада. Петропавловск-Камчатский. 1985. С 124.

19.Герасименко JI.M., Миллер Ю.М., Капустин O.A., Заварзин Г.А. Потребление водорода термофильной цианобактерией Mastigocladus laminosus//Микробиология. 1987. Т.56. № 4. С. 553558.

20.3аварзин Г.А., Герасименко JT.M. Моделирование микробных сообществ криптозоя// ХХХП сессия Всесоюзного палеонтологического общества. Тезисы доклада. Таллин. 1986. С.86.

21.Венецкая С. Л., Герасименко Л.М., Миллер Ю.М. Роль Chloroflexus aurantiacus в газовом обмене термофильного циано-бактериального сообщества// Микробиология. 1987. Т.56. № 5. С. 815-820.

22.Федорова Т.А., Герасименко Л.М., Бочко P.M., Заварзин Г.А. Микроминеральные выделения в термофильных циано-бактериальных сообществах// Вулканология и сейсмология. 1988. № 1. СЛ01-105.

23.Венецкая С.Л., Герасименко Л.М. Электронно-микроскопическое изучение микроорганизмов в галофильном циано-бактериальном сообществе// Микробиология. 1988. Т.87. № 3. С. 450-457.

24.Бонч-Осчмоловская Е.А., Заварзин Г.А., Герасименко Л.М.,

Венецкая С.Л. Исследование терминальных процессов анаэробной деструкции нагонных масс кладофоры в оз.Сиваш//

66

Микробиология. 1988. Т.57. № 2. С.312-319.

25.Голубев С.Н., Герасименко Л.М. Биоминерализация в культурах цианобактерий//Микробиология. 1989. Т.58. №.6. С.963-968:

26.Герасименко Л.М., Некрасова В.К. Орлеанский В.К., Венецкая С.Л., Заварзин Г.А. Первичная продукция галофильных циано-бактериальных сообществ// Микробиология. 1989. Т.58. № 3. С.507-514.

27.Gerasimenko L. The gase exchange of a thermophilic cyanobacterial mat. Meeting "Microbial Ecology" P-2-6. Kyoto. 1989. P. 116.

28. Герасименко Л.М., Орлеанский B.K., Заварзин Г.А. Геохимическая деятельность водорослей в кальдере Узон (Камчатка)/ Кальдерные микроорганизмы// Ред. Г.А.Заварзин. М.: Наука. 1989. С.45-72. .

29.Brown I., Fadeev S., Gerasimenko L., Kirik I., Pushenko M., Severina I. Sodium ions are necessary for growth and energy transduction in the marine cyanobacterium Oscillatoria brevis// Arch. Microbiol. 1990. N 153. P. 409-411.

ЗО.Звягинцева И.С., Куличевская И.С., Герасименко Л.М., Тарасов

A.A., Паников Н.С. Метабиотические взаимодействия аэробных микроорганизмов в галофильном циано-бактериальном сообществе// Микробиология охраны биосферы в регионах Урала и Сев. Прикаспия. Тезисы доклада. Оренбург. 1991. С. 41-42.

ЗГДубинин A.B., Герасименко Л.М., Венецкая СЛ., Гусев М.В. Отсутствие устойчивого роста цианобактерии Microcoieus chthonoplastes в чистой культуре// Микробиология. 1992. Т. 61. № 1. С.51-62.

32.Дубинин A.B., Герасименко Л.М., Гусев М.В. Физиологические характеристики культуры Microcoieus chthonoplastes из гипергалинного водоема// Микробиология. 1992. Т.61. № 1. С. 6369.

33.Герасименко Л.М., Венецкая С.Л., Дубинин A.B., Орлеанский

B.К., Заварзин Г.А. Альго-бактериальные сообщества гиперсоленых лагун Сиваша//Альгология. 1992. № 2. С. 88-94.

34.Дубинин A.B., Герасименко Л.М., Заварзин Г.А. Азотфиксация цианобактерии Microcoieus chthonoplastes из гиперсоленых лагун оз. Сиваш//Микробиология. 1992. Т.61. № 5. С.852-859.

35.Герасименко Л.М., Гончарова И.В., Жегалло E.A., Почтарева И.В., Розанов А-Ю., Ушатинская Г.Т. Генетические аспекты древнего фосфатонакопления // Межджународное совещание "Фосфориты и фосфогенез". Москва. 1992. С. 10-12.

36.Дубинин A.B., Герасименко JIM. Темновой анаэробный метаболизм галофильной цианобактерии Microcoleus chthonoplastes// Микробиология. 1993. Т.62. № 4, С. 639-645.

37.Герасименко JI.M., Заварзин Г.А. Реликтовые циано-бактериальные сообщества// Сб. Проблемы эволюции ведущих компонентов биосферы. М.: Наука. 1993. С. 221-252.

38.Гончарова И.В., Герасименко JI.M. Динамика потребления неорганического фосфора клетками Microcoleus chthonoplastes// Микробиология. 1993. Т.62. № 4. С. 1048-1055.

39.Goncharova I., Gerasimenko L., Zavarain G., Ushatinskaya G. Formation of mineral phosphate microtubes// Current Microbiology. 1993. V. 27. P. 187-190.

40.3аварзин Г.А., Герасименко JIM., Жилина Т.Н. Циано-бактериальные сообщества гиперсоленых лагун Сиваша// Микробиология. 1993. Т.62. № 6. С. 1144-1158.

41.Герасименко JI.M., Гончарова И.В., Жегалло Е.А., Розанов А.Ю., Ушатинская Г.Т. Динамика высвобождения и потребления фосфора цианобактериями// Сб. Экосистемная перестройка и эволюция биосферы. Вып.1. М.: Наука. 1994. С. 348-353.

42.Дубинин A.B., Герасименко JI.M., Заварзин Г.А. Экофизиология и видовое многообразие цианобактерий содового оз. Магади// Микробиология. 1995. Т. 64. № 6. С. 845-849.

43.Герасименко Л.М., Зайцева Л.В. Рост и минерализация цианобактерий при разных концентрациях фосфора в среде. Международный симпозиум// «Проблемы фосфатной геологии». Москва. 1995. С. 14.

44.3вягинцева И.С., Герасименко Л.М., Кострикина Н.Л., Булыгина Е.С., Заварзин Г.А. Взаимодействие галобактерий и цианобактерий в галофильном циано-бактериальном сообществе// Микробиология. 1995. Т.64. № 2. С. 252-258.

45.Герасименко Л.М., Гончарова И.В., Жегалло Е.А., Заварзин Г.А., Розанов А.Ю., Ушатинская Г.Т. Процесс минерализации (фосфатизации) нитчатых цианобактерий// Литология и полезные ископаемые. 1996. № 2. С. 208-214.

46.Герасименко Л.М., Дубинин A.B., Заварзин Г.А. Алкалофильнь цианобактерии содовых озер Тувы и их экофизиология Микробиология. 1996. Т.65. № 6. С. 736-740.

47.Ушатинская Г.Т., Герасименко Л.М. - Строительство минерал ного скелета древнейшими организмами// Природа. 1997. № С. 16-22.

48.Герасименко Л.М., Гончарова И.В., Зайцева Л.В. Влияние содержания фосфора в среде на рост и минерализацию цианобактерий// Микробиол., 1998. Т.-67. №2. С.254-259.

49. Gerasimenko L.M., Zavarzin G.A., Ushatinskaya G.T., Rozanov AJu. Cyanobacterial mats and mineralization of cyanobacteria // Proceedings of SPIE Conference on Instruments, Methods and Mission for Astroboilogy/ Ed. R.Hoover, San Diego, California: SPIE. 1998, v.3441, p. 254-263

О.Герасименко Л.М., Заварзин Г.А., Розанов А.Ю., Ушатинская Г.Т. Роль цианобактерий в образовании фосфатных минералов// Журнал Общей Биологии. 1999. Т.60. №4. С.415-430 1.Заварзин Г.А., Герасименко Л.М., Орлеанский В.К., Циано-бак-териальные сообщества (маты) гидротермальных источников// Мат. 1 Международ, конфер. «Вулканизм и биосфера", Туапсе, 1998, С.73. .

2.Герасименко Л.М., Орлеанский В.К., Пауль Р.К., Сумина Е.Л. Биомодели некоторых фосфатных минеральных образований// Мат. 1 Междунар. Конференции «Вуланизм и биосфера». Туапсе, 1998. С.74.

Розанов А.Ю., Ушатинская Г.Т., Жегалло Е.А., Герасименко Л.М., Рагозина А.Л. Биоморфные структуры древних фосфоритов и проблемы их генезиса// Тезисы доклада на Международной конференции «Проблемы фосфатного сырья России». Москва. 1998. С. 48-51.

Герасименко Л.М., Орлеанский В.К., Пауль Р.К., Сумина Е.Л. Живые биомодели некоторых фосфатных образований// Тезисы доклада на Международной конференции «Проблемы фосфатногофосфатного сырья России». Москва. 1998. С. 55-57. .Орлеанский В.К., Герасименко Л.М., - Альго-бактериальные маты (связь прошлого и настоящего)// Мат. Конфер. «Водные экосистемы и организмы». 1999. М. МГУ. С.48.

Герасименко Л.М., Дубинин A.B., Митющина Л.Л.,Заварзин Г.А. Микроскопическая зеленая водоросль из содовых озер Микробиология. 1999. Т.68. №5. С.696-700. .Герасименко Л.М., Жегалло Е.А., Жмур С.И., Розанов А.Ю., Хувер Р.Б. Бактериальная палеонтология и исследования углистых хондритов// Палеонтологический журнал. 1999, №4. С.103-125. .Герасименко Л.М., Орлеанский B.JL, Пауль Р.К., Сумина Е.Л. Опыт моделирования фосфатных образований на примере фосфоритов Малого Каратау (Казахстан) - Сборник «Экосиетемные перестройки

69 и эволюция биосферы», вып.4, М.: ПИН, 2001, С.171-174. 59.0рлеанский В.К., Пауль Р.К., Сумина Е.Л., Герасименко Л.М. Водорослевые биомодели - аналоги фосфатных образований Малого Каратау// Ж.Альгология. 2000. Т.10. №3. С.324-328. 60.Zhegallo Е.А., Rozanov A.Ju., Ushatinskaya G.T., Gerasimenko LM. et al. Atlas of Microorganisms from Ancient Phosphorites of Khubsugul (Mongolia). Hutsville, Alabama, USA. 2000. 96 p.p. 61.Орлеанский B.K., Герасименко Л.М., Сумина Е.Л. Лабораторные циано-актериальные маты // Тез.докл. «Водные экосистемы и организмы -2», 2000, Москва. МГУ. С.56. 62.0рлеанский В.К., Герасименко Л.М., Карпов Г.А. - Сера, цианобактерии и биомодели // Тез.докл. 2-ой Международ. Конфер. «Вулканизм. Биосфера. Экология». Туапсе. 2000. С.83. 63. Жегалло Е.А., Розанов А.Ю., Ушатинская Г.Т., Герасименко Л.М. Высокая биологическая продуктивность - одно из важнейших условий формирования древнихфосфоритов// Тезисы доклада Конференции «Минералогия и жизнь: биоминеральные гомологии». Сыктывкар. 2000. С. 136-137.

64.Сергеев В.Н., Герасименко Л.М., Заварзин Г.А. Протерозойская история цианобактерий и их современное состояние// Микробиология.2002.Т.71.№4 (в печати).

65.Герасименко Л.М., Митюшина Л.Л., Намсараев Б.Б. Маты Microcoleus из алкалофильных и галофильных сообществ// Микробиология - в печати. бб.Заварзин Г.А., Орлеанский В.К., Герасименко Л.М., Ушатинская Г.Т. Лабораторные модели циано -бактериальных матов щелочного барьера// Микробиология - в печати.

67. "Бактериальная палеонтология" - методическое пособие под ред. А.Ю.Розанова (в соавторстве). М.: ПИН. 2002 ,188 с.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итак, изучение структуры циано-бактериальных сообществ из различных мест обитания показало, что все они имеют сходную структуру с одинаковыми функциональными группами микроорганизмов: цианобактерий, фототрофных бактерий и строгих анаэробов - сульфатредукторов и метаногенов с характерным чередованием органических и минеральных слоев,. Основными продуцентами органического вещества в исследованных матах являются трихомные цианобактерии, что объясняется высокой приспособленностью этих организмов к существованию в экстремальных условиях: способности к движению, образованию слизистых чехлов, окси- и аноксигенному фотосинтезу, высокой сульфидотолерантности, фиксации молекулярного азота.

Сообщества цианобактерий по содержанию хлорофилла (в пересчете на единицу площади) не уступают высшим растениям, способны к большим скоростям роста и фиксации С02 в аноксических условиях, могут трансформировать и модифицировать вулканические газовые эксгаляции - все это является экспериментальным доказательством того, что изучаемые сообщества способны к производству кислорода за счет цианобактерий, и эти сообщества могли создать кислородную атмосферу в далеком прошлом.

Исследования по моделированию фосфатоосаждения цианобактериями показало, что при определенном содержании фосфора в среде возможно образование микрофоссилий и минерализованных трубок из гидроксил- или фторапатита, по

62 морфологии аналогичных структурам, обнаруженным в древних фосфоритах. Содержание и соотношение внутриклеточных полифосфатов, меняющееся при изменений концентраций фосфора в среде, предопределяет характер дальнейшей минерализации клеток. Увеличение кислоторастворимой фракции ведет к накоплению внутриклеточного фосфора в виде полифосфатных гранул, а разложение такой биомассы ведет к созданию локальных условий, благоприятных для минерализации микроорганизмов/ Увеличение кислотонерастворимой фракции предшествует образованию минеральных чехлов, накопление ортофосфата в клетке ведет к минерализации самих трихомов цйанобактерий.