Цианобактерии термальных источников Байкальской рифтовой зоны и их роль в осаждении кремнезема как модельных объектов для исследования микрофоссилий

Сороковикова, Екатерина Георгиевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Цианобактерии термальных источников Байкальской рифтовой зоны и их роль в осаждении кремнезема как модельных объектов для исследования микрофоссилий
ВАК РФ 25.00.02, Палеонтология и стратиграфия

Автореферат диссертации по теме "Цианобактерии термальных источников Байкальской рифтовой зоны и их роль в осаждении кремнезема как модельных объектов для исследования микрофоссилий"

На правах рукописи

СОРОКОВИКОВА Екатерина Георгиевна

Ц И ЛIIО БЛ К Т Е Р И И ТЕРМАЛЬНЫХ ИСТОЧНИКОВ БАЙКАЛЬСКОЙ РИФТОВОЙ ЗОНЫ И ИХ РОЛЬ В ОСАЖДЕНИИ КРЕМНЕЗЕМА КАК МОДЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МИКРОФОССИЛИЙ

25.00.02 - Палеонтология и стратиграфия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 2008

003457895

Работа выполнена в отделе ультраструктуры клетки Лимнологического института СО РАН (г. Иркутск)

Научный руководитель: кандидат биологических наук,

доцент Белых Ольга Ивановна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

Герасименко Людмила Михайловна

кандидат биологических наук Астафьева Марина Михайловна

Ведущая организация: Сибирский федеральный университет

Защита диссертации состоится 24 декабря 2008 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д 002.212.01 при Палеонтологическом институте РАН по адресу: 117997, г. Москва ГСП-7, ул. Профсоюзная, д. 123. Факс: (495) 339-12-66.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Палеонтологического института РАН

Автореферат разослан 22 ноября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат геолого-минералогических наук ОИ^^"^/ Ю.Е. Демиденко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Цианобактерии являются древнейшими фотосинтезирующими организмами на планете, возраст которых по находкам окаменевших строматолитов определяется в 3,5 млрд. лет (Walsh, 1992; Allwood et ai, 2006). Цианобактериальные пленки или маты, сходные с ископаемыми сообществами, в массе развиваются в современных термальных источниках, являясь моделью для реконструкции процессов, происходивших в докембрии (Орлеанский, Раабен, 1996; Бактериальная палеонтология, 2002; Заварзин и др., 2003). Исследование строматолитов, кремневых туфов, травертинов и других минеральных отложений в гидротермах показало, что в них наряду с абиогенным отложением происходит биоминерализация соединений кремния, кальция, фосфора, железа и марганца цианобактериями (Герасименко и др., 1999; Konhauser et ai, 2001; Sigler et al., 2003). Из всех минералов кремнезем лучше фиксирует структуру клеток, сохраняя морфологию микроорганизмов (Бактериальная палеонтология, 2002; Walsh, 1992). Для изучения процесса осаждения кремнезема цианобактериями был предпринят ряд лабораторных экспериментов, после которых механизмы и динамика окремнения остаются невыясненными (Крылов, Тихомирова, 1988; Westall et al., 1995; Phoenix et al., 2000; Yee et al., 2003; Benning et al., 2004). Геомикробиологические исследования важны не только для задач изучения современного воздействия микроорганизмов на геологическую среду, но и как актуалистический материал для интерпретации ископаемых объектов.

В пределах Байкальской рифтовой зоны известно более 50 групп термальных источников (Кустов, Лысак, 2000). Данным исследованием охвачены гидротермы, находящиеся на побережье озера Байкал и в Тункинской долине, имеющие важное рекреационное и бальнеологическое значение. Цианобактерии гидротерм Байкальского региона изучены недостаточно. В исследованиях микробных сообществ Котельниковского, Давшинского и Хакусского источников цианобактериальной составляющей уделено мало внимания, литературные сведения о цианобактериях других источников отсутствуют (Компанцева. Горленко, 1988; Белькова и др., 2005).

Дель и задачи. Целью работы было исследование видового разнообразия цианобактерии в термальных источниках Байкальской рифтовой зоны и изучение отложения кремнезема цианобактериями -модельными объектами для исследования фоссилизированных остатков.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1) Изучить видовой состав цианобактерий термальных источников Котелышковский, Змеиный, .Хакусы, Сухая, Давшинский, Горячинский, Аршан и Жемчуг.

2) Сформировать коллекцию чистых культур цианобактерий из термальных источников, описать их морфологию и ультраструктуру клеток, установить систематическое положение.

3) Определить филогенетическое положение культивируемых цианобактерий по 168 рибосомному гену.

4) Исследовать способы, локализацию и динамику отложения кремнезема в экспериментах с цианобактериями разных видов, используемых как модельные объекты для исследования фоссилизированных остатков.

Научная новизна работы. Впервые дана комплексная характеристика цианобакгерий термальных источников Байкальской рифтовой зоны. В работе приводятся данные микроскопических и молекулярно-биологических исследований цианобакгерий в культурах и природных пробах. Выявлено значительное видовое разнообразие цианобакгерий в термальных источниках. Описаны особенности ультраструктуры девяти штаммов цианобакгерий. С помощью молекулярно-биологических методов проведен сравнительный анализ цианобактерий исследованных гидротерм с цианобактериями из различных гидротерм мира.

Практическая значимость. Сформирована коллекция культур цианобактерий, изолированных из термальных источников, которая используется в учебных и научных целях. Охарактеризована их морфология и ультраструктура, определено систематическое положение, получены и внесены в мировую базу данных СепВапк 16 последовательностей 168 рРНК генов. Вьшвлешше в работе морфологические и ультраструктурные признаки цианобактерий могут быть использованы при составлении определителей. Результаты изучения видового состава позволяют дать оценку качества вод термальных источников, широко применяемых в бальнеологии. Данные об ультраструктуре силицифицированных цианобактерий могут быть использованы при анализе ископаемых остатков.

В диссертацию вошли результаты, полученные при финансовой поддержке грантов Президиума РАН № 18.4; Н1П-2195.2003.4 (поддержка ведущих научных школ), гранта 2006-РИ-112/001/007 и Фонда содействия отечественной науке.

Защищаемые положения:

1) В сообществах термальных источников Котельниковский, Змеиный, Хакусы, Сухая, Давшинский, Горячинский, Аршан и Жемчуг доминируют цианобактерии родов РкогтШит, Leptolyngbya, СИгоососсш, СеШеппета и РаеийапаЬаепа. Видовой состав цианобактерий варьирует в зависимости от условий обитания и географического расположения источников.

2) По данным филогенетического анализа большинство выделенных из исследованных термальных источников штаммов являются родственными термофильным цианобактериям из различных гидротерм мира.

3) Нитчатые цианобактерии способны к осаждению кремнезема с формированием трубок с гладкими и неравномерно утолщенными стенками, а также состоящих из наносфер.

4) Окремнение ограничивается чехлами цианобактерий, полисахариды которых адсорбируют частицы аморфного кремнезема и являются матрицей

для окремнения. Живые клетки цианобактерий, находясь в окремнеиных чехлах, не подвергаются минерализации, сохраняют типичную ультраструктуру и способность к размножению.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы представлены и обсуждены на международном симпозиуме "Живые клетки диатомей" (Иркутск, 2004), на Щ международной конференции "Климатические изменения в Центральной Азии" (Улан-Батор, Монголия, 2005), на международном рабочем совещании "Происхождение и эволюция биосферы" (Новосибирск, 2005), на 19-ом международном диатомовом симпозиуме (Иркутск, 2006), на Ш, IV и V Всероссийских научных школах молодых ученых-палеонтологов (Москва, 2006, 2007, 2008), на международном симпозиуме "Происхождение и эволюция биосферы" (Лутраки, Греция, 2007), на IV съезде Российского общества биохимиков и молекулярных биологов (Новосибирск, 2008).

Публикации. По результатам исследования опубликовано 18 научных работ, из них 6 - статьи, 1 - глава в монографии.

Структура н объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы, приложения. Работа изложена на 136 страницах, содержит 14 таблиц и 25 рисунков. Список литературы включает 186 наименований, в том числе 148 на иностранных языках.

Благодарности. Автор выражает глубокую признательность научному руководителю Ольге Ивановне Белых, сотрудникам отдела ультраструктуры клетки, сотрудникам центра коллективного пользования "Электронная микроскопия" за совместную работу и полученные результаты.

Определение химического состава воды источников провела М.В. Сакирко (лаборатория гидрохимии и химии атмосферы ЛИН СО РАН). Определение нуклеотидных последовательностей выполнил к.б.н. Р.В. Адельшин (приборный центр "Секвенирование"). Анализ и фотографирование образцов в SEM-EDAX провели д.б.н. Е.В. Лихошвай и д.х.н. В.В. Анненков (отдел ультраструктуры клетки). Определение количества кремния в биомассе цианобактерий выполнили д.х.и. В.В. Анненков и к.х.н. E.H. Даниловцева. Автор искренне благодарит всех упомянутых участников работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Приведены литературные данные по систематике, экологии, ультраструктуре клеток и молекулярной биологии цианобактерий. Освещены факты биоминерализации кремнезема цианобактериями в современных гидротермах мира и сохранности их клеток в ископаемых остатках. Проанализированы данные о силицификации цианобактерий в экспериментах и современные представления о механизмах этого процесса.

Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектами исследования являлись цианобактерии термальных источников Байкальской рифтовой зоны: Змеиный, Котельниковский, Хакусы, Давшинский, Сухинский, Горячииский, Аршан, Жемчуг (рис. 1). Пробы цианобактериальных матов отбирали в 2003-2007 гг.

Микроскопические наблюдения цианобактерии проводили на световом микроскопе Axiovert 200 ("Carl Zeiss", Германия), снабженном ртутной лампой НВО 50, фильтрами G365, ВР450-490, ВР546/12 для эпифлуоресцентной микроскопии (ЭФМ) и фотокамерой Penguin 600CL ("Pixera Corp.", США). Измерение клеток и статистическую обработку данных проводили в программе ВидеоТест-Размер 5.0 (www.videotest.ru).

Таксономическое положение цианобактерий идентифицировали по определителям (Komárek, Anagnostidis, 1999, 2005). Для оценки степени видового сходства использовали коэффициент Серенсена (Василевич, 1969).

Для выделения культур из природных образцов использовали минеральную среду Z-8 (Rippka, 1988). Выделение чистых культур цианобактерий проводили многократным пересевом на 1% агаризованную среду Z-8 и отбором трихомов капиллярами в стерильные 96-луночные планшеты для микрокультивирования Linbro ("1CN Biomedicals", Дания).

Для сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) пробы цианобактериальных матов и образцы из экспериментов фиксировали глутарозым альдегидом или параформальдегидом (конечная концентрация 2%) и дегидратировали в спиртах восходящей концентрации. После сушки в критической точке (Balzers CPD 030 Critical Point Dryer, "Bal-Tec AG", Лихтенштейн) образцы помещали на столики, напыляли золотом в установке Balzers SCD 004 и исследовали в микроскопе Philips SEM 525М (Голландия).

Для трансмиссионной электронной микроскопии (ТЭМ) образцы культур цианобактерий фиксировали 1% глутаровым альдегидом и 0,25% 0s04 с последующей фиксацией 1 % 0s04. После обезвоживания в этаноле и ацетоне образцы пропитывали смесью ацетон :смола, заключали в эпон-аралдит, полимеризовали и ультрамикротомировали. Ультратонкие срезы после окрашивания 2% уранил-ацетатом и цитратом свинца по Рейнольдсу наблюдали в электронный микроскоп Leo 906Е ("Caí-! Zeiss", Германия) при ускоряющем напряжении 80 кВ. Микрофотографии получали с помошью цифровой камеры MegaView II ("LEO Elektronenmikroskopie GmbH", Германия).

Рис. 1. Карта отбора проб.

ДНК из образцов штаммов выделяли реагентами "ДНК-сорб" ("ФГУН ЦНИИЭ Роспотребнадзора", Россия) в соответствии с инструкцией производителя. Амплификацию фрагмента гена 16S рРНК проводили с использованием цианоспецифичных праймеров (Niibel et al, 1997) с применением реагентов фирмы "Амплисенс" (Москва) на амплификаторе MiniCycler ("MJ Research, Bio-Rad", США). ПЦР-продукты очищали элюцией нуклеотидного материала методом замораживания-оттаивания. Нуклеотидные последовательности генов получали прямым секвенированием на Beckman CEQ,m 8800 ("Beckman Coulter Inc.", США), затем сравнивали с помощью программы поиска гомологичных последовательностей (GenBank, www.ncbi.nlnLnih.gov/BLAST). Выравнивание последовательностей и построение филогенетических деревьев проводили с использованием пакета программ MEGA (Kumar et al., 2004). Полученные последовательности депонированы в базе данных GenBank под номерами DQ408367-DQ408371, EU057151, EU068733-EU068740, EU072718, EU072719.

Для экспериментов по окремнению использовали среды с повышенным содержанием силиката натрия, в которых конечное содержание кремния составляло 10,7; 20 и 50 мМ. К раствору пятиводного силиката натрия ("Fluka Chemika", Германия) приливали 10% среды Z-8, титровали 2М HCl до pH 7±0,5 (Microprocessor pH Meter, "Hanna instruments", США) и добавляли в пробирки с цианобактериями. Раствор через два дня меняли на свежий в течение 24-26 дней. Эксперименты проводили в трех повторностях. Образцы цианобактерий исследовали с помощью эпифлуоресцентной микроскопии, СЭМ, ТЭМ и рентгеноспектрального микрозондового анализа на СЭМ-EDAX (Объединенный институт геологии, геофизики и минералогии, г. Новосибирск; Хельсинский университет, Финляндия). Содержание кремния в биомассе цианобактерий измеряли методом молибденовой сини (Айлер, 1982). Фазу кремнезема аморфный/кристаллический определяли на световом микроскопе Olympus DP12 в поляризованном свете (Институт земной коры СО РАН, аналитики: член-корр. РАН В.К. Скляров и к.г.-м.н. Ю.В. Меньшагин). Статистическую обработку результатов экспериментов проводили с помощью программы Excel for Windows.

Глава 3. БИОРАЗНООБРАЗИЕ ЦИАНОБАКТЕРИАЛЬНЫХ СООБЩЕСТВ ГИДРОТЕРМ

Исследованные термальные источники имеют значительные различия в физико-химических характеристиках: температуре и pH показателе воды, содержании биогенных ионов, кислорода и растворенного кремния (табл. 1).

В пробах цианобактериальных матов термальных источников выявлено 45 видов и внутривидовых таксонов цианобактерий, относящихся к 4 порядкам, 7 семействам. Ведущие роды по количеству таксонов: Phormidium (12 видов), Leptolyngbya (9 видов), Chroococcus (4 вида), Geitlerinema (4 вида), Pseudanabaena (3 вида), Synechococcus (2 вида), Aphanocapsa (2 вида), Spirulina (2 вида), Lyngbya (2 вида), Oscillatoria (2 вида); единственными

представителями своего рода были Mastigocladus laminosas, Anabaena variabilis, Synechocvstis salina, Cyanobacterium minervae.

Таблица 1. Физико-химические условия гидротерм

Источник Т воды, °С рн о2 ро43- Si NH/ N02" N03"

мг/л

Котельниковский 70 9,28 0,00 0,011 71,28 0,66 0,000 0,03

Змеиный 45 9,33 0,00 0,652 22,73 5,08 0,004 0,08

Хакусы 46 8,68 3,06 0,000 7,91 0,00 0,000 0,11

Давшинский 35 8,93 2,70 0,015 25,17 0,03 0,003 0,14

Жемчуг 55 6,91 8,351 0,839 10,278 0,02 0,000 0,11

Аршан 36 6,66 0,221 0,021 7,006 1,04 0,001 0,07

Горячинский 44 7,56 0,00 0,000 17,6 0,05 следы 0,01

Сухинский 37 6,93 0,00 0,102 21,5 2,61 0,060 0,19

Для всех исследованных гидротерм был характерен вид Leptolyngbya laminosa, который доминировал в сообществах источников Хакусы, Змеиный и Котельниковский. Наибольшее видовое разнообразие отмечено в источниках Жемчуг, Аршан, Змеиный и Хакусы (12-19 видов и форм). Максимальное сходство видового состава цианобактерий отмечено для источников, различающихся по химическому составу вод, но близких географически - Аршан и Жемчуг (коэффициент Серенсена 51%), Горячинский и Сухинский (коэффициент Серенсена 50%).

Глава 4. МОРФОЛОГИЯ И УЛЬТРАСТРУКТУРА КУЛЬТИВИРУЕМЫХ ЦИАНОБАКТЕРИЙ Морфология культивируемых цианобактерий исследована с использованием световой микроскопии. Штаммы охарактеризованы по таким признакам, как цвет и форма колоний, строение трихома: размер клеток, форма конечной клетки, наличие перетяжек, гетероцист, чехла, подвижность. С помощью ТЭМ изучена ультраструктура представителей 8 родов цианобактерий, принадлежащих к 4 порядкам (рис. 2а-е).

Для штамма Synechococcus bigranulatus 0431 характерны 3 пристеночных тилакоида, тонкая клеточная стенка без дополнительных выростов и оболочек и присутствие полярных включений цианофицина (рис. 2а). По размеру клеток, числу тилакоидов и наличию включений S. bigranulatus 0431 отличается от всех, ранее описанных нами, представителей данного рода из оз. Байкал и оз. Хубсугул. Характерное расположение полярных включений у S. bigranulatus 0431 отличает его и от других, описанных в литературе видов рода Synechococcus, и является видоспецифичным ультраструктурным признаком.

дави»?raVr^^njSTSTf ГШбактерий ™

0411 в - Geitlerinema amphibium QSii T , ' 6 ~ Pse^anabaena sp.

н - нукяеоид, п - полиэдральные тега 1 " ^^

* - тштакоиды, ц _ цианофицшюв «Фиатов,

L2 - пептидогликановый слой ~ гранулы, ч - чехол

Масштаб - 1 Мкм. " КПеТ°таоИ U - внешняя мембрана.'

Anabaena variabilis 0443 и Mastw^ , • весьма сходные ультрас^у«™'™t °422' 0423 имеют

свойственно равномерное шспределе™ 131 (PW' 2д> е)" Дм них по всей клетке. X^JST\ГТ ТИЛЖ°ВД°В И является сложное слоение ветв^« ^ Р°ДЯ ^«W чехол один из слоев которого р^Гт каеТ^Г " ^ «ойный «ианобактеряй Ц™ Ч^ома (рис. 2е).

ультрасгруктурных особенностей °SClllatomles выявлен п?д принадлежности (табл. !Г "" 0Пред« родо^

Радиальное расположеше ™ ^ ЦИанобаЭД рода количество пор и мощный L^omГ^оГ™?0" Б б°льшое

(рис. 2г). Остальные предтв^Г«овыи слой (L2) вклеточной стенке пристеночное расяоложе^е имеют схожее

клеточной стенки, к основт^Г ' одипаковУ*> толщину слоев «бактериями родов Т^щГуГ^Г^

——«¡¿а»

Таблица 2. Таксономически важные ультраструктурные признаки цианобактерий порядка ОзсШаЮпакв

"^--Цризнаки Род Толщина слоев КС1 Расположение пор В КС Расположение тилакоидов Чехол

ЬерШущЬуа Отсутствуют Париетально, параллельно кс есть

ОеШеппета Ъ2=Ы По 2 у межклеточных перегородок Париетально, параллельно КС есть, но очень тонкий

РИогт1<Иит Ь2=14Ь4 По 1-8 Радиалыю, перпендикулярно КС нет

РзыиктаЬаепа Ь2=Ь4 По 4 в межклеточных перегородках Париетально, параллельно КС есть

КС1 - клеточная стенка.2,3 - слои КС: Ь2 - пептидогликановый, 14 - внешняя мембрана.

Особенности в ультраструктуре клеток внутри рода отмечены у штаммов РзеийапаЪаепа Брр., однако, согласно литературным данным (КотЗгек, А^псвйШв, 2005), они не являются видоспецифичными. Так, наличие пор в межклеточных перегородках, характерное для штамма Р. ШегтаИх 0542, свойственно также некоторым другим видам этого рода, и не зафиксировано в ультраструктуре штамма РъеийапаЬаепа ер. 0411.

Таким образом, исследование ультраструктуры выделенных штаммов цианобактерий выявило их видо- и родоспецифичные признаки.

Глава 5. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ И ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ КУЛЬТИВИРУЕМЫХ ЦИАНОБАКТЕРИЙ ПО ГЕНУ 16Б рРНК

Определено 16 последовательностей 165 рДНК культивируемых цианобактерий длиной 420-680 пар нуклеотидов. Полученные последовательности были проанализированы с помощью дистантных (рис. 3) и дискретных методов филогенетического анализа.

Анализ методом ближайших соседей показал, что штамм Synec.hocor.cus bigranulatus 0431, выделенный из Котельниковского источника, на древе входит в кладу с высокой бутстреп-поддержкой (96%) с изолятами из термальных источников Таиланда и Китая, а Еупескососст Брр. из гидротерм США формируют сестринскую группу.

Штаммы Р$еш1апаЬаепа ер. 0411, изолированный из Котельниковского источника, и Leptolyngbya 5р. 0412 из Змеиного близки по последовательностям ДНК (99% сходства) и входят в смешанный кластер с бутстреп-индексом 97, включающий как Р. amphigranulata из термальных

0.05

— С1опе ОВ-18, ЕР429524, Ь

- С1опе WLcy 10-45, АУ236476, Ьз ¡.ерЫКтдШ зр. 0412. ЕЧ068734.3

г22 РитЛапЛаепа .яр. 0411. РО408369. К

Р. атрЫ&апиЫа 19-2711-3, АРЗ17504/АРЗ17503, Ьз I- Р. атрЫрхтиШа 23-3, АБЗ17505, Ьз У— Ьер1о1ущЬуа зр. (Згееп1апа-9,00431004, (и ■ РишЖтаЬаепа 1гети1а ЦТТС 471, АР218371, С1опе МК-З 6, АВ179527, Ы — Р.чеиЖтаЬаепа сопШпИае КМI с, 0(5393595, Лу

|-1лр1о1уп$Ьуа яр. (5гееп1апс1-10, О0431005, Ьз

1 гЬерШупгЬуа 8р. 0511. ЕШ68739. К

99- ЯсЫгмИги 5р., АУ790869/АУ790868/АУ790362, Ьз

9б|-1ер1о1уп%Ъуастра1а 5Е\Ч-С1, АУ239599, Ьн

¿ер1о1ущЬуа /о\>ео!агит Котагек 1964/112, Х84808,Лу 10" " ' ----------------

98Ч-

грШущЬуа Ьогуапа РСС 73110, Х84810, Ку ¡.ерШупцЬха 1аттпт 0414. Е1Т057151.А - С1опе УСВ-40, ЕР205475, Ы ■ СуапоЬасКэтшп 01Л-01, АР399869, Ьз

7ЩЬер>о1уп»Ьт зр. 0413. ЕЦ068733. X -Щ С1опе М0-С7, ЕР429617,

1 ЬерЫупфуа эр. {^N45, ЕГ452007, Ьз

72г

ЬерюГу^Ьуа }п&с1а ЛЫТХШО.1, АУ493574, й* С1опе А1асата-со1В66, ЕР071523, $

_г ЪерЮЫфуа зр. СЕКА103, ЕР088339, Лу

)0Ш-1,ср!п!\п«Ьуа зр. 0612. ЕИ072719.3

■&еирЮ1упгЬт зр. 0418. ЕЦ068735. Ж ЮОг- СеШеппепш алтЫЫа 0519. Е11068740. Г

1 Скшез, АУ790470/АУ790421МУ790420, Ьз ■ Итпойрх кйеЫ 165с, А^05943, Лу

Ьитпотш геаеш 1о:>с,Л-1хоУ43, Ку СаЙсппета Ыттегтаппи 0513. ЕЦ072718. С ^ веШеппета эр., О0264189/Т>0264190, Лу РкогтШит сопит 0415. ЕЦ068736. А Р1гогт<1шт сопит 0416. Е11068737.А С'.опе Зп, АВ254249, з М. Исс/ШгкрИ, АРЗ 55 379/ АРЗ553 85, з

_г- РИоптсНит тиггауп АШ-РЬ58,00493872, б

ТОО1- МктЫеи.ч фйе1 иТСС 475, АР218374, (Чу

- РИогШтт сГ 1екЬфгти АВ2002-07, АУ575933, Ьз

751_Г РкогтШт ¡р. ЕТЭ-Оз, А1548503, Ьз

ШО1 РкогтиПит чр. 0417. Р0408370. Ж 10СМ. ш/таА/'Лх, АВ074502ЯЮ234826/СР00117, fw,s 1АпаЬаспа уапаЬШч 0441. РО408368. А

АпаЬаегш су1Мпса №Е8-19, АР247592, э 92|— ¥ЬсЪеге1\а зр., АГ344560, э

| '-Нара1о5(р1юп у/еЫИасШ, АУ034793, з

1—1 95» ГискггеНа тизасоШ РСС 7414, АР132788, у ПМий^ос/скйи ктгтотз, 00431003, Ьз 99] г ЯнсИегеИя таргЫШ8-592, АВ093487, Ьэ ^ МмНеосШю ¡аттоут 0423. Р0408371. А

МахИеосШих ¡аттачия 0421. ЕП068738. X

"Щ

щ,

йглиа/и РСС 7521, АВ075987, Ьз 100|— йупесНососсиз еЬпцагих ССМР 1630, АУ946243, Ьэ 1 ЗупесЬосассих еЬг^а&я БР2А9606-8, АР410931, Ь э - ЗупесИисоссш Бр. ОН32, АР285243, Ьз

-ПупгсИососсия эр. ОН2, АР285259, Ьл

ДУяесАососсях ЪщтапиШт 0431. Р0408367. К 1зо1а1ез, 00001391/00001388, Ьз Ьо1а1е ТЗЗ-С4,00001390, Ьз СуапоЬао1епит сЬпеэ, АУ787616/АУ787607, Ьэ С1оМгШит реф/гщею, У12669

Рис. 3. Фи.тогшеттее:<ое древо дианобакгерий, построенное с использованием метода блюкашшк соседей. Цифрами показаны результаты бутстреп-анашга. fw - пресноводный, Ьг -термальный источник, б - почва; термальные источники: А - Аршан, Г - Горячинский, Ж - Жемчуг, 3 -Змеиный, К - Котельниковский, Х-Хакусы. Масштаб соответствует пяти замшам на 100 п.н.

источников Новой Зеландии и Leptolyngbya sp. из гидротерм Гренландии, так и некультивируемые цианобактерии из термальных источников Филиппин. Штаммы Leptolyngbya sp. 0418, выделенный из источника Жемчуг, Leptolyngbya sp. 0612 из Змеиного и Leptolyngbya sp. 0413 из Хакусов формируют на древе кладу с высоким бутстреп-индексом (96%). При этом морфологически сходные штаммы Leptolyngbya sp. 0418 и Leptolyngbya sp. 0612 образуют кластер с пресноводными Leptolyngbya sp. и L. frígida, а штамм Leptolyngbya sp. 0413 входит в кластер с термофильными Leptolyngbya sp. и некультивируемыми цианобактериями из гидротерм Таиланда и Филиппин.

Штамм Leptolyngbya laminosa 0414 (источник Аршан) не имеет среди ближайших родственников культивируемых цианобактерий и с 99% бутстреп-поддержкой формирует кладу с некультивируемыми цианобактериями из гидротерм США и Китая.

Последовательность штамма Leptolyngbya sp. 0511, выделенного из Котел ьниковского источника, наиболее близка (98%) последовательностям штаммов Shizothrix sp., изолированных из травертинов гидротерм США, с которыми формирует на филогенетическом древе отдельную устойчивую кладу, не связанную с другими представителями рода Leptolyngbya.

Штаммы рода Geitlerinema - G. lemmermannii 0513, изолированный из Горячинского источника, и G. amphibium 0519 из Сухинского - образуют монофилетическую кладу, бутстреп-индекс которой невысок при анализе методом ближайших соседей (48%), но на древах, построенных с помощью методов минимальной эволюции и максимальной экономии он составляет 74% и 100%, соответственно, что подтверждает монофилию данной клады. При этом в группе с G. lemmermannii 0513 находятся штаммы Geitlerinema sp., выделенные из пресного озера, Люксембург, а в кластере с G. amphibium 0519 - некультивируемые цианобактерии из травертинов гидротерм США.

Штаммы рода Phormidium - Р. сопит 0415 и Р. corium 0416, выделенные из источников Аршан, и Phormidium sp. 0417 из источника Жемчуг - на древе формируют кладу с бутстреп-поддержкой 72%. Штаммы Р. corium группируются с Р. murrayi, некультивируемой цианобактерией и близкими им по морфологии трихомов видами рода Microcoleus из различных мест обитания. Тогда как штамм Phormidium sp. 0417 входит в сестринскую группу с термофильными Phormidium sp., Италия, и Р. terebriformis, Кения.

Штаммы Mastigocladus laminosas 0421 (источник Хакусы) и М. laminosus 0423 (источник Жемчуг) близкие морфологически и генетически (99% сходства) формируют кластер с цианобактериями родов Fischerella и Mastigocladus из гидротерм США, Исландии и Японии, отделяясь от представителей своего порядка, выделенных из других мест обитания.

Последовательность штамма Anabaena variabilis 0441 (источник Аршан) идентична последовательностям штаммов A. variabilis, выделенным из почв и пресных водоемов Кореи, Японии и США, и входит с ними в общую кладу.

Таким образом, 10 из 16 исследованных штаммов имеют близкородственные связи с цианобактериями различных гидротерм мира. Кроме того, большая часть выделенных штаммов цианобакгерйй группируется по родовому признаку, что является ценной таксономической информацией. ^ ..V "

Глава 6. РОЛЬ ЦИАНОБАКТЕРИЙ В ОСАЖДЕНИИ КРЕМНЕЗЕМА

Окремнение цианобактерий - важный геологический процесс, происходящий в современных гидротермах (Konhauser et al., 2001; Guidry, Chafetz, 2002; Jones et al, 2005). Содержание кремнезема в водах исследованных гидротерм Байкальской рифтовой зоны колеблется от минимального - 0,03 мМ в Хакусах, до 2,5 мМ в Котельниковском, что недостаточно для его осаждения. По данным (Айлер, 1979) растворимость аморфного кремнезема в щелочных условиях при повышенной температуре составляет около 3,3 мМ. Тем не менее, исследование с помощью рентгеноспектралыюго микрозондового анализа показало, что в цианобактериальных матах источников Котелышковский, Змеиный и Хакусы происходит накопление преимущественно кремния, с участием железа, кальция и других элементов.

Эксперименты со штаммами цианобактерий, выделенных из вышеуказанных гидротерм, позволили проследить динамику окремнения и выявили ультрамикроскопические особенности этого процесса у цианобактерий разных видов.

Исследование образцов нитчатых цианобактерий с помощью СЭМ показало, что в ходе эксперимента в период с 1 по 5 день происходит выделение слизи цианобактериями, многочисленные нити которой выглядят как ажурная сетчатая структура, на 10 день нити минерализуются, утолщаются, и на 15 день эксперимента они не наблюдаются, очевидно, сливаясь в единый опаловый матрикс. В 1-5 дни эксперимента чехлы тонкие, под ними просматривается поверхность клеток трихома. Далее, с 10 по 25 день чехлы утолщаются в 1,5-2 раза, трихомы в них не просматриваются, формируются трубки с круглыми отверстиями на концах и отложениями кремнезема поверх них. Показано, что часть трубок состоит из кремнезема в форме наносфер (рис. 4а-г). На сколах минерализованной культуры видно, что форма и поверхность самих клеток не изменяется. В ЭФМ автофлуоресценция клеток цианобактерий на протяжении всего опыта остается интенсивной, как в контрольных образцах без кремния. Цвет колоний не меняется, на них формируются пузырьки газа, указывающие на интенсивный фотосинтез.

Рис. 4. СЭМ (а-г), СЭМ-ЕВАХ (д, е) и ТЭМ ультратонких срезов (ж-и) цианобактерий Р$еиг1апаЬаепа ер. 0411 (а, б, д-и) и Ьерю1упфуа ер. 0412 (в, г), культивированных в среде без кремния (а, ж) и средах с высоким содержанием силиката натрия (б-д, з, и), г - образец, обработанный 30% Нг02; ж, з - срезы контрастированиые уранил-ацетатом и цитратом свинца; и - неконтрастированный срез. Обозначения см. рис. 2. Масштаб: а-г - 5 мкм; д - 40 мкм; ж-и - 1 мкм.

Исследование тонких срезов образцов из эксперимента в поляризованном свете показало, что минеральные отложения на цианобактериях соответствуют аморфному некристаллическому кварцу.

По данным вЕМ-ЕВАХ в 1-10 дни эксперимента в образцах цианобактерий легко найти мало- или совсем неокремненные особи. На 15 день и позднее кремний детектировали на всех трихомах цианобактерий без исключения. В параллельном опыте с культурой, инактивированной 2% глутаровым альдегидом, процесс окремнения протекал гораздо быстрее, и уже с 5 дня эксперимента неокремненные участки отсутствовали. Таким образом, спустя 26 дней эксперимента в присутствии 20 мМ 81, в элементном составе цианобактерий детектировали преимущественно кремний и

кислород, а в контроле, инкубированном на среде Z-8, наблюдали пики кислорода, фосфора, кальция, натрия и серы (рис. 4д, е).

По данным ТЭМ-исследования ультратонких срезов штаммов цианобактерий Pseudanabaena sp. 0411 и Leptolyngbya laminosa 0412 с первого дня опыта отмечалось уплотнение полисахаридных чехлов, более отчетливой становилась их слоистая структура, внешний край разрыхлялся в виде бахромы (рис. 4ж, з). Кроме того, изучение неконтрастированных срезов показало постепенное повышение электронной плотности чехлов вследствие их пропитывания кремнеземом (рис. 4и). Нарушений в строении клеточной стенки, мембран тилакоидов и характере включений не наблюдали. Отложения аморфного кремнезема выглядели как фибриллярная масса, расположенная на внешней поверхности чехлов. Отложений кремнезема между чехлом и клеточной стенкой не выявлено. На срезах зафиксированы клетки, находящиеся на стадии деления, что является дополнительным подтверждением жизнеспособности окремненных снаружи цианобактерий.

В отличие от нитчатых цианобактерий, имеющих чехол, палочковидные клетки одноклеточной цианобактерии Synechococcus bigranulatus 0431 в ходе эксперимента с 10,7 мМ силикатом натрия оставались живыми, сохранят! способность к образованию агрегатов и размножению, но отложения частиц кремнезема на клетках отсутствовали.

Динамика окремнения нитчатых цианобактерий по данным химического анализа выглядела следующим образом (рис. 5).

Рис. 5. Динамика окремнения цианобактерии РлеиёапаЬаепа эр. 0411 по данным химического анализа.

В первые сутки происходило максимальное осаждение кремнезема на живые и инактивированные цианобактерии - 59 и 73 мг/г сухой биомассы, соответственно. В дальнейшем увеличение доли кремния в биомассе инактивированных цианобактерий было менее скачкообразным и составляло в среднем по 9 мг/г в день, максимум осаждения кремнезема соответствовал

и а

(Я о

0 5 10 15 20 25

Дни

1-5 дню опыта. Живые цианобактерии, напротив, с 1 по 10 день опыта осаждали минимальное количество кремнезема. Резкое увеличение количества кремния в их биомассе наблюдали после 10 дня опыта. Средняя скорость прироста доли кремния в биомассе живых цианобактерий составляла 7 мг/г в день. Таким образом, содержание кремния в биомассе цианобактерий на 25 день опыта было в среднем на 45 мг больше в образцах с инактивированной культурой и составляло 226 мг/г. Большее количество кремния в инактивированной культуре, очевидно, связано с разрушением клеточных стенок и высвобождением дополнительных органических веществ, на которые осаждались частицы кремнезема. Резкий скачок осаждения кремния в живой культуре после 10 дня эксперимента, связан с нарастанием биомассы цианобактерий, адаптировавшихся к условиям эксперимента, и синтезом новых чехлов, полисахариды которых являются матрицей для осаждения кремнезема.

выводы

1. В составе цианобактериальных сообществ восьми термальных источников Байкальской рифтовой зоны на основе данных световой микроскопии выявлено 45 видов цианобактерий, относящихся к 13 родам. Преобладающими по количеству видов были рода Phormidium (12 видов), Leptolyngbya (9 видов), Chroococcus (4 вида), Geitlerinema (4 вида) и Pseudanabaena (3 вида). Цианобактерии родов Synechococcus, Synechocystis, Cyanobacterium, Aphanocapsa, Spirulina, Lyngbya, Oscillatoria, Mastigocladus, Anabaena были представлены 1-2 видами. Вид Leptolyngbya laminosa встречался во всех исследованных гидротермах, являясь доминирующим в сообществах источников Хакусы, Змеиный и Котельниковский.

2. Выделены в культуру 19 штаммов цианобактерий, включающие представителей всех четырех порядков цианобактерий и относящиеся к родам Synechococcus, Pseudanabaena, Geitlerinema, Leptolyngbya, Phormidium, Anabaena, Mastigocladus. С помощью световой и трансмиссионной электронной микроскопии ультратонких срезов охарактеризована их морфология, выявлены особенности ультраструктуры клеток.

3. Проанализированы 16 штаммов цианобактерий по последовательностям фрагментов 16S рДНК. Филогенетический анализ показал, что 10 штаммов образуют кластеры с термофильными цианобактериями из различных гидротерм мира (Италии, Гренландии, Китая, Таиланда, Филиппин, Нов. Зеландии, Японии, США).

4. Эксперименты по окремнению цианобактерий показали, что биоминерализация нитчатых цианобактерий происходит тремя способами: пропитыванием чехлов кремнеземом, отложением аморфного кремнезема вокруг чехлов и образованием сфер субмикронных размеров (наносфер). С помощью рентгеноспектрального микрозондового анализа выявлено, что в химическом составе образцов цианобактерий из эксперимента преобладают кремний и кислород, минорные пики дают натрий, кальций, фосфор, железо, алюминий и сера.

5. С помощью трансмиссионной электронной микроскопии выявлено, что силицификация нитчатых цианобактерий ограничивается чехлом, в пространстве между клеточной стенкой и чехлом и внутри клеток отложения кремнезема отсутствуют. Цианобактерии остаются жизнеспособными в течение 26 дней опыта, и при этом ультраструктура их клеток и автофлуоресценция пигментов сохраняются неизменными. Видоспецифичных особенностей окремнения нитчатых цианобактерий не обнаружено, роль матрицы для осаждения кремнезема играет полисахаридный чехол.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

Статьи:

1. Belykh O.I., Sorokovikova E.G. Autotrophic picoplankton in Lake Baikal:

abundance, dynamics and distribution // Aquat. Ecosyst. Health and Management. - 2003. - V. 6. - P. 251-261.

2. Belykh O.I., Sorokovikova E.G.. Tikhonova I.V., Fedotov A.P. Abundance,

biodiversity, and spatial distribution of autotrophic picoplankton in Lake Hovsgol (Mongolia) // Aquat. Ecosyst. Health and Management. - 2005. - V. 8.-P. 461-473.

3. Лихошвай E.B., Сороковикова Е.Г.. Белькова Н.Л., Белых О.И., Титов

А.Т., Сакирко М.В., Парфенова В.В. Минерализация кремния при культивировании цианобакгерий из горячих источников // Доклады АН. - 2006. - Т. 407, № 4. - С. 556-560.

4. Belykh O.I., Sorokovikova E.G.. Saphonova T.A., Tikhonova I.V. Autotrophic

picoplankton of Lake Baikal: composition, abundance and structure // Hydrobiologia, Springer Netherlands. - 2006. - V. 568(1). - P. 9-17.

5. Сороковикова Е.Г.. Белых О.И., Лихошвай E.B. Цианобактерии

термальных источников Байкальской рифтовой зоны: ввдовой состав, ультраструктура клеток, биоминерализация кремния // Современная палеонтология: классические и новейшие методы. - М.: ПИН РАН, 2007. -С. 11-18.

6. Likhoshway Ye.V., Sorokovikova E.G.. Belykh O.I., Kaluzhnaya O.V.,

Belikov S.I., Bedoshvili Ye.D., Kaluzhnaya O.V., Masyukova Ju.A., Sherbakova T.A. Visualization of the silicon biomineralization in cyanobacteria, sponges and diatoms / in Biosphere origin and evolution. N. Dobretsov et al. (eds.) // Springer. - 2008. - P. 219-230.

7. Сороковикова Е.Г.. Тихонова И.В., Белых О.И., Юшменков И.В.,

Лихошвай E.B. Идентификация двух штаммов цианобактерий из Котельниковского термального источника Байкальской рифтовой зоны // Микробиология. - 2008. - Т. 77, № 3. - С. 412-420.

Тезисы конференций:

8. Сороковикова Е.Г.. Сакирко М.В., Белых О.И., Лихошвай Е.В.

Биоминерализация кремния цианобактериями из минеральных термальных источников Прибайкалья в опытах in vitro II Тезисы межд. симпоз. "Живые клетки диатомей", 17-22 сент., 2004. - Иркутск, 2004. -С. 92-93.

9. Сороковикова Е.Г.. Белых О.И. Видовой состав цианобактериальных

матов гидротерм Байкальской рифтовой зоны // Тез. докл. Ш Межд. конф. "Актуальные проблемы современной альгологии", 20-23 апр., 2005. - Харьков, 2005. - С. 151.

10. Sorokovikova E.G.. Belykh O.I., Likhoshway Ye.V. Cyanobacteria in thermal

springs of Baikal Rift Zone // Geographica-Oekologica, J. of MOLARE Research Centre (MRC). Abstracts of nfd International Conference

"Environmental Change in Central Asia", Apr. 22-29, Ulaanbaatar, Mongolia. - 2005. - V. 3.-P. 106.

11. Сороковикова Е.Г.. Лихошвай E.B., Белых О.И., Титов А.Т.

Биоминерализация кремния цианобактериями из термальных источников // Тез. докл. межд. рабоч. совещания "Происхождение и эволюция биосферы", 26-29 июня, 2005. - Новосибирск, 2005. - С. 175176.

12. Лихошвай Е.В., Сороковикова Е.Г.. Белых О.И., Беликов С.И.

Визуализация процессов биоминерализации кремния у цианобакгерий, диатомовых водорослей и губок // Тез. докл. межд. рабоч. совещания "Происхождение и эволюция биосферы", 26-29 июня, 2005. -Новосибирск, 2005. - С. 89-90.

13. Sorokovikova E.G.. Belykh O.I., Likhoshway Ye.V. Silica precipitation by

cyanobacteria from thermal springs // 19th International Diatom Symposium, 28 Aug. - 3 Sept. 2006. - Irkutsk, 2006. - P. 142.

14. Сороковикова Е.Г.. Белых О.И., Лихошвай E.B. Цианобакгерии

термальных источников Байкальской рифтовой зоны: видовой состав, биоминерализация кремния, ультраструктура II Тез. докл. III Всероссийской научной школы молодых ученых-палеонтологов, 3-5 окт.

2006. - Москва, 2006. - С. 66-67.

15. Сороковикова Е,Г. Цианобактерии термальных источников Байкальской

рифтовой зоны: видовой состав, биоминерализация кремния // Тез. докл.

IV Всероссийской научной школы молодых ученых-палеонтологов, 1517 окт. 2007. - Москва, 2007. - С. 47-48.

16. Sorokovikova E.G.. Belykh O.I., Likhoshway Ye.V. Investigation of

cyanobacterial strains isolated from thermal springs of the Baikal Rift Zone: morphological and molecular approach // II11 International conference "Biosphere origin and evolution", 28 Oct. - 2 Nov., 2007. - Loutraki, Greece,

2007.-P. 176.

17. Сороковикова Е.Г.. Даниловцева E.H., Анненков В.В., Каресоя М.,

Лихошвай Е.В. Изучение окремнения цианобактерий методами химического анализа и электронной микроскопии // Тез. докл. IV съезда Российского общества биохимиков и молекулярных биологов, 11-15 мая

2008. - Новосибирск, 2008. - С. 484.

18. Сороковикова Е.Г. Цианобактерии термальных источников Байкальской

рифтовой зоны: видовой состав, биоминерализация кремния // Тез. докл.

V Всероссийской научной школы молодых ученых-палеонтологов, 6-8 окт. 2008. - Москва, 2008. - С. 48.

Подписано в печать 21.11..2008. Формат 60 х 841/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная.

Гарнитура Times. Усл.печ.л.6,73 Уч.-изд. л. 7,2 Тираж 120 экз. Зак. 1380

Отпечатано в Птажовской типографии. 664039, г.Иркутск, ул. Гоголя, 53. Тел. 38-78-40.

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Сороковикова, Екатерина Георгиевна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Цианобактерии гидротерм.

1.1.1. Систематическое положение и распространение.

1.1.2. Структура цианобактериальных сообществ.

1.1.3. Адаптации цианобактерий к условиям гидротерм.

1.2. Ультраструктура клеток цианобактерий.

1.3. Молекулярно-биологические методы в систематике цианобактерий

1.4. Биоминерализация кремнезема цианобактериями.

1.4.1. Биоминерализация кремнезема в термальных источниках

1.4.2. Современные представления о механизмах биоминерализации кремнезема.

1.5. Сохранность ископаемых цианобактерий.

1.6. Общая характеристика гидротерм Байкальской рифтовой зоны

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Цианобактерии термальных источников Байкальской рифтовой зоны и их роль в осаждении кремнезема как модельных объектов для исследования микрофоссилий"

Актуальность темы. Цианобактерии являются древнейшими фотосинтезирующими организмами на планете, возраст которых по находкам окаменевших строматолитов определяется 3,5 млрд. лет назад (Walsh, 1992; Allwood et al., 2006). Цианобактериальные пленки или маты, сходные с ископаемыми сообществами, в массе развиваются в современных термальных источниках, являясь моделью для реконструкции процессов, происходивших в докембрии (Орлеанский, Раабен, 1996; Бактериальная палеонтология, 2002; Заварзин и др., 2003). Исследование строматолитов, кремневых туфов, травертинов и других минеральных отложений в гидротермах показало, что в них наряду с абиогенным отложением происходит биоминерализация соединений кремния, кальция, фосфора, железа и марганца цианобактериями (Герасименко и др., 1999; Konhauser et al., 2001; Sigler et al., 2003). Показано, что из всех минералов кремнезем лучше фиксирует структуру клеток, сохраняя морфологию микроорганизмов (Бактериальная палеонтология, 2002; Walsh, 1992). Для изучения процесса биоминерализации кремнезема цианобактериями предпринят ряд лабораторных экспериментов, после которых механизмы и динамика окремнения остаются невыясненными (Крылов, Тихомирова, 1988; Westall et al., 1995; Phoenix et al., 2000; Yee et al., 2003; Benning et al., 2004). Геомикробиологические исследования важны не только для задач изучения современного воздействия микроорганизмов на геологическую среду, но и как актуалистический материал для интерпретации ископаемых объектов.

В пределах Байкальской рифтовой зоны известно более 50 групп термальных источников (Кустов, Лысак, 2000). Данным исследованием охвачены гидротермы, находящиеся на побережье озера Байкал и в Тункинской долине, имеющие важное рекреационное и бальнеологическое значение. Цианобактерии гидротерм Байкальского региона изучены недостаточно. В исследованиях микробных сообществ Котельниковского, Давшинского и Хакусского источников цианобактериальной составляющей уделено мало внимания, литературные сведения о цианобактериях других источников отсутствуют (Компанцева, Горленко, 1988; Белькова и др., 2005).

Цель и задачи. Целью работы было исследование видового разнообразия цианобактерий в термальных источниках Байкальской рифтовой зоны и изучение отложения кремнезема цианобактериями — модельными объектами для исследования фоссилизированных остатков.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить видовой состав цианобактерий термальных источников Котельниковский, Змеиный, Хакусы, Сухая, Давшинский, Горячинский, Аршан и Жемчуг.

2. Сформировать коллекцию чистых культур цианобактерий из термальных источников, описать их морфологию и ультраструктуру клеток, установить систематическое положение.

3. Определить филогенетическое положение культивируемых цианобактерий по 16S рибосомному гену.

4. Исследовать способы, локализацию и динамику отложения кремнезема в экспериментах с цианобактериями разных видов, используемых как модельные объекты для исследования фоссилизированных остатков.

Научная новизна работы. Впервые дана комплексная характеристика цианобактерий термальных источников Байкальской рифтовой зоны. В работе приводятся данные микроскопических и молекулярно-биологических исследований цианобактерий в культурах и природных пробах. Выявлено значительное видовое разнообразие цианобактерий в термальных источниках. Описаны особенности ультраструктуры девяти штаммов цианобактерий. С помощью молекулярно-биологических методов проведен сравнительный анализ цианобактерий исследованных гидротерм с цианобактериями из различных гидротерм мира.

Практическая значимость. Сформирована коллекция культур цианобактерий, изолированных из термальных источников, которая используется в учебных и научных целях. Охарактеризована их морфология и ультраструктура, определено систематическое положение, получены и внесены в мировую базу данных GenBank 16 последовательностей 16S рРНК генов. Выявленные в работе морфологические и ультраструктурные признаки цианобактерий могут быть использованы при составлении определителей. Результаты изучения видового состава позволяют дать оценку качества вод термальных источников, широко применяемых в бальнеологии. Данные об ультраструктуре силифицированных цианобактерий могут быть использованы при анализе ископаемых остатков.

В диссертацию вошли результаты, полученные при финансовой поддержке грантов Президиума РАН № 18.4; НШ-2195.2003.4 (поддержка ведущих научных школ), гранта 2006-РИ-112/001/007 и Фонда содействия отечественной науке.

Защищаемые положения:

1. В сообществах термальных источников Котельниковский, Змеиный, Хакусы, Сухая, Давшинский, Горячинский, Аршан и Жемчуг доминируют цианобактерии родов Phormidium, Leptolyngbya, Chroococcus, Geitlerinema и Pseudanabaena. Видовой состав цианобактерий варьирует в зависимости от условий обитания и географического расположения источников.

2. По данным филогенетического анализа большинство выделенных из исследованных термальных источников штаммов являются родственными термофильным цианобактериям из различных гидротерм мира.

3. Нитчатые цианобактерии способны к осаждению кремнезема с формированием трубок с гладкими и неравномерно утолщенными стенками и состоящих из наносфер.

4. Окремнение ограничивается чехлами цианобактерий, полисахариды которых адсорбируют частицы аморфного кремнезема и являются матрицей для окремнения. Живые клетки цианобактерий, находясь в окремненных чехлах, не подвергаются минерализации, сохраняют типичную ультраструктуру и способность к размножению.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы представлены и обсуждены на международном симпозиуме «Живые клетки диатомей» (Иркутск, 2004), на III международной конференции «Климатические изменения в Центральной Азии» (Улан-Батор, Монголия, 2005), на международном рабочем совещании «Происхождение и эволюция биосферы» (Новосибирск, 2005), на 19-ом международном диатомовом симпозиуме (Иркутск, 2006), на III, IV и V Всероссийских научных школах молодых ученых-палеонтологов (Москва, 2006, 2007, 2008), на международном симпозиуме «Происхождение и эволюция биосферы» (Лутраки, Греция, 2007), на IV съезде Российского общества биохимиков и молекулярных биологов (Новосибирск, 2008).

Публикации. По результатам исследования опубликовано 18 научных работ, из них 6 - статьи, 1 — глава в монографии.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы, двух приложений. Работа изложена па 136 страницах, содержит 14 таблиц и 25 рисунков. Список литературы включает 187 наименований, в том числе 149 на иностранных языках.

Заключение Диссертация по теме "Палеонтология и стратиграфия", Сороковикова, Екатерина Георгиевна

выводы

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата биологических наук, Сороковикова, Екатерина Георгиевна, Иркутск

1. Айлер Р. Химия кремнезёма: В 2-х частях / под ред. В.П. Прянишникова, пер. с англ. JI.T. Журавлёвой. -М.: Мир. 1982. - 4.1. - 416 с.

2. Байкал. Атлас // М.: Роскартография. 1993. - 160 с.

3. Бактериальная палеонтология / Ред. Ю. Розанов. М.: ГОШ РАН. - 2002. -189 с.

4. Барсков И.С. Коэволюция минерального и биологического миров // Тез. научной конференции Ломоносовские чтения. — 2004. -http://www.paleo.ru/paleonet/library.html

5. Белых О.И., Заика Е.И., Березиков Е.В. Автотрофный пикопланктон озера Байкал // Сибирский экологический журнал. — 1999. — Т. 6. С. 631-637.

6. Белькова H.JL, Парфенова В.В., Суслова М.Ю., Ан Т.С., Тадзаки К. Биоразнообразие и активность микробного сообщества горячего источника Котельниковский (оз. Байкал) // Известия РАН (серия Биологическая). 2005. -Т. 32.-С. 664-671.

7. Герасименко JI.M., Заварзин Г.А., Розанов А.Ю., Ушатинская Г.Т. Роль цианобактерий в образовании фосфатных минералов // Ж. Общ. Биол. 1999. — Т. 60.-№4.-С. 415-429.

8. Герасименко Л.М., Крылов И.Н. Посмертные изменения цианобактерий в водорослево-бактериальных пленках термальных источников Камчатки // Докл. АН СССР. 1983. - Т. 272. - №1. - С.201-202.

9. Голлербах М.М., Косинская Е.К., Полянский В.И. Определитель пресноводных водорослей СССР. Вып. 2. Синезеленые водоросли. М.: Советская наука, 1953. — 652 с.

10. Громов Б.В. Ультраструктура синезеленых водорослей // Л.: Наука, 1976. -91 с.

11. Громов Б.В. Цианобактерии в биосфере // СОЖ. 1996. - №9. - С. 33-39.

12. Громов Б.В., Гаевская Е.И., Мамкаева К.А. Ультраструктура планктонной азотфиксирующей синезеленой водоросли Anabaena karakumica Kogan // Ботанический журнал. 1974. - Т. 59. - С. 1666-1669.

13. Заварзин Г.А., Орлеанский В.К., Герасименко Л.М., Пушко С.Н., Ушатинская Г.Т. Лабораторные модели циано-бактериальных матов щелочного геохимического барьера // Микробиол. — 2003. — Т. 72. С. 93-98.

14. Компанцева Е.И., Горленко В.М. Фототрофные сообщества в некоторых термальных источниках озера Байкал // Микробиол. 1988. — Т. 57. - № 5. - С. 841-846.

15. Кондратьева Н.В. Строение клеточных покровов Cyanophyta (Обзор литературных данных) // Альгология. 1993. - Т. 3, № 4. — С. 87-101.

16. Кондратьева Н.В. Строение протопласта клеток Cyanophyta (Обзор литературных данных) // Альгология. 1994. - Т. 4, № 2. - С. 84-98.

17. Кондратьева Н.В. О недопустимости подчинения номенклатуры сине-зеленых водорослей (Cyanophyta) действию международного кода номенклатуры бактерий // Бот. журн. 1981. - Т.66, №2. - С.215-216.

18. Кондратьева Е.Н., Максимова И.В., Самуилов В.Д. Фототрофные микроорганизмы. Учеб. пособие // М.: Изд-во МГУ, 1989. С. 211-243.

19. Крайнов С.Р., Швец В.М. Основы геохимии подземных вод / М.: Недра. 1980.-285 с.

20. Крылов И.Н., Тихомирова Н.С. К образованию кремнистых микрофоссилий // Палеонтол. журн. 1988. - №3. - С. 3-9.

21. Кустов Ю.И., Лысак С.В. Термальные воды юга Восточной Сибири (распространение, условия формирования, использование) // Геология и геофизика. 2000. - Т. 41. - № 6. - С. 880-895.

22. Лебедева Н.В., Криволуцкий Д.А. Биологическое разнообразие и методы его оценки // География и мониторинг биоразнообразия. М.: НУМЦ, 2002. — С. 13-142.

23. Лихошвай Е.В., Сороковикова Е.Г., Белысова Н.Л., Белых О.И., Титов А.Т., Сакирко М.В., Парфенова В.В. Минерализация кремния при культивировании цианобактерий из горячих источников // Доклады АН. — 2006. Т. 407. - № 4. - С. 556-560.

24. Ломоносов И.С. Геохимия и формирование современных гидротерм байкальской рифтовой зоны // Н.: Наука. — 1974. — 166 с.

25. Михеева Т.М. Альгофлора Беларуси. Таксономический каталог. Мн.: БГУ.- 1999.-396 с.

26. Пиневич А.В. Проблемы классификации цианей и других прокариотных оксифотобионтов // Бот. журн. 1999. -№ 5. - С. 1-19.

27. Пиниекер Е.В., Кустов Ю.И., Калашникова Э.Б., Павлова С.Е. Геохимия минеральных лечебных вод Прибайкалья // Отечественная геология. 1995. — №12. - С. 42-48. '

28. Поповская Г.И., Белых О.И. Этапы изучения автотрофного пикопланктона озера Байкал. // Гидробиол. журнал. — 2003. Т. 39. - С. 12-24.

29. Сергеев В.Н., Герасименко Л.М., Заварзин Г.А. Протерозойская история цианобактерий и их современное состояние // Микробиол. 2002. - Т. 71. — № 6. - С. 725-740.

30. Сороковикова Е.Г., Тихонова И.В., Белых О.И., Клименков И.В., Лихошвай Е.В. Идентификация двух штаммов цианобактерий из

31. Котельниковского термального источника Байкальской рифтовой зоны // Микробиол. 2008. - Т. 77. - №3. - С. 412-420.

32. Тахтаджян А.Л. Четыре царства органического мира // Природа. 1973. - № 2. - С. 22-32.

33. Ткачук В.Г., Яснитская Н.В., Анкудинова Г.А. Минеральные воды Бурят-Монгольской АССР / СО АН СССР, Иркутск. 1957. - 153 с.

34. Шалапенок Л.С., Шалапенок А.А. Особенности ультраструктуры и спектральные характеристики фикоэритрина черноморских цианобактерий в культуре // Микробиол. 1993. - Т. 62. - С. 96-102.

35. Уикли Б. Электронная микроскопия для начинающих / Пер. с англ. под ред. В.Ю. Полякова / М.: Мир. 1975. - 324 с.

36. Юрков В.В., Горленко В.М., Митюшина Л.Л., Старынин Д.А. Влияние лимитирующих факторов на структуру фототрофных сообществ в Болыпереченских термальных источниках // Микробиол. — 1991. Т. 60. - № 6. -С. 129-138.

37. Abed R.M., Schonhuber W., Amann R., Garcia-Pichel F. Picobenthic cyanobacterial populations revealed by 16S rRNA-targeted in situ hybridization // Environ. Microbiol. 2002. - V. 4. - P. 375-382.

38. Adams D.G., Ashworth D., Nelmes B. Fibrillar array in the cell wall of gliding filamentous cyanobacterium// J. of Bacterid. 1999. - У.181. - P. 884-892.

39. Akai J. Biomineralization at hot springs and mineral springs, and their significance in relation to the Earth's history // Biol. Sci. Space. 2000. — V. 14. — P. 363-371.

40. Albertano P. Effects of monochromatic lights on four species of Leptolyngbya И Arch. Hydrobiol./Algolog. Studies. 1991. - V. 64. - P. 199-214.

41. Albertano P., Kovacik L. Is the genus Leptolyngbya a homogeneous taxon? // Arch. Hydrobiol./Algolog. Studies. 1994. -V. 75. - P. 37-51.

42. Allwood A.C., Walter M.R., Kamber B.S., Marshall C.P., Burch I.W. Stromatolite reef from the Early Archaean era of Australia // Nature. 2006. - V. 441.-P. 714-718.

43. Anagnostidis K., Golubic S. Ueber die Oekologie einiger Spirulina Arten (On the ecology of some Spirulina species) // Nova Hedwigia. 1966. - V. 11. - P. 309335.

44. Anagnostidis K., Komarek J. Modern approach to the classification system of Cyanophytes. 3 Oscillatoriales // Arch. Hydrobiol. Suppl. - 1988. - V. 80. - № 1-4.-P. 327-472. '

45. Anagnostidis K., Komarek J. Modern approach to the classification system of Cyanophytes. 5 Stigonematales // Arch. Hydrobiol. Suppl. - 1990. - V. 59. - № 1-4.-P. 1-73.

46. Annenkov V.V., Danilovtseva E.N., Filina E.A., Likhoshway Y.V. Interaction of silicic acid with poly(l-vinylimidazole) // J. of Polymer Sci. Part 1: Polymer Chemistry. 2006. -V. 44 (2). - P. 820-827.

47. Aramaki Y., Yokoyama Т., Okaue Y., Watanabe K. Chemical adsorption of silicic acid to aluminum combined with cation exchange and chelate resins as model compounds of the surface of microbes // Chem. Geology. 2004. - V. 212. — P. 339-349.

48. Benning L.G., Phoenix V.R., Yee N., Tobin M.J. Molecular characterization of cyanobacterial silicification using synchrotron infrared micro-spectroscopy // Geochim. et Cosmochim. Acta. 2004. - V. 68. - P. 729-741.

49. Benning L.G., Phoenix V.R., Yee N., Konhauser K.O. The dynamics of cyanobacterial silicification: An infrared micro-spectroscopic investigation // Geochim. et Cosmochim Acta. 2004a. - V. 68. - № 4. - P. 743-757.

50. Bonen L., Doolittle W.F., Fox G.E. Cyanobacterial evolution: results of 16S ribosomal ribonucleic sequence analyses // Can. J. Biochem. — 1979. V. 57. - P. 879-888.

51. Belykh O.I., Sorokovikova E.G. Autotrophic picoplankton in Lake Baikal: abundance, dynamics and distribution // Aquat. Ecosyst. Health and Management. -2003.-V. 6.-P. 251-261.

52. Belykh O.I., Sorokovikova E.G., Tikhonova I.V., Fedotov A.P. Abundance, biodiversity, and spatial distribution of autotrophic picoplankton in Lake Hovsgol (Mongolia) // Aquat. Ecosyst. Health and Management. 2005. - V. 8. - P. 461473.

53. Belykh O.I., Sorokovikova E.G., Saphonova T.A., Tikhonova I.V. Autotrophic picoplankton of Lake Baikal: composition, abundance and structure // Hydrobiologia, Springer Netherlands. 2006. - V. 568(1). - P. 9-17.

54. Casamatta D.A., Johansen J.R., Vis M.L., Broadwater S.T. Molecular and morphological characterization of ten polar and near-polar strains within the Oscillatoriales (Cyanobacteria) // J. Phycol. 2005. - V. 41. - P. 421-438.

55. Castenholz R.W. The behavior of Oscillatoria terebriformis in hot springs // J. Phycol. 1968. - V. 4. - P. 132-139.

56. Castenholz R.W. Thermophilic blue-green algae and the thermal environment // Bacteriol. Rewiews. 1969. - V. 33. - P. 476-504.

57. Copeland J.J. Yellowstone thermal Mixophyceae // Ann. of NY Ac. of Sci. — 1936.-V. 36.-P. 5-225.

58. Compere P. Nomenclature of the Cyanophyta under the international code of botanical nomenclature // 16 Symposium of the International Association for Cyanophyte Research. Luxemburg. 2004. - P. 30.

59. Comte K.5 Sabacka M., Carre-Mlouka A., Elster J., Komarek J. Relationships between the Arctic and the Antarctic cyanobacteria; three Phormidium-like, strains evaluated by a polyphasic approach // FEMS Microbiol. Ecol. 2007. - V. 59. - P. 366-376.

60. Cronberg G., Weibull C. Cyanodiction imperfectum, a new chroococcal blue-green alga from Lake Trammen, Sweden // Arch. Hydrobiol. 1981. - V. 60. — P. 101-110.

61. Edwards M.R., Berns D.S., Ghiorse W.C., Holt S.C. Ultrastructure of the thermophilic blue-green alga, Synechococcus lividus Copeland // J. Phycol. 1968. -V. 4.-P. 283-298.

62. Ernst A., Becker S., Wollenzien U.I., Postius C. Ecosystem-dependent adaptive radiations of picocyanobacteria inferred from 16S rRNA and ITS-1 sequence analysis // Microbiol. 2003. - V. 149. - P. 217-228.

63. Felsenstein J. Confidence limits on phylogenies an approach using the bootstrap //Evolution. 1985. -V. 39. - P. 787-791.

64. Felsenstein J. (1993) PHYLIP Phylogeny Inference Package, version 3.5. University of Washington, Seattle.

65. Fernandez-Turiel J.L., Garcia-Valles M., Gimeno-Torrente D., Saavedra-Alonso J., Martinez-Manent S. The hot spring and geyser sinters of El Tatio, Northern Chile // Sedimentary Geology. 2005. - V. 180. - P. 125-147.

66. Ferris F.G., Beveridge T.J., Fyfe W.S. Iron-silica crystallite nucleation by bacteria in geothermal sediment // Nature. 1986. - V. 320. - P. 609-611.

67. Ferris M.J., Ward D.M. Seasonal distributions of dominant 16S rRNA-defined populations in a hot spring microbial mat examined by denaturing gradient gel electrophoresis //Appl. Env. Microbiol. 1997. -V. 63. - P. 1375-1381.

68. Fogg G.E., Stewart W.D.P., Fay P., Walsby A.E. The Blue-Green Algae / Academic Press, London. 1973. - 460 P.

69. Fogg G.E., Than-Tun. Interrelations of photosynthesis and assimilation of elementary nitrogen in a blue-green alga // Proc. Roy. Soc. (London). 1960. — P. 153.

70. Garcia-Pichel F., Prufert-Bebout L., Muyzer G. Phenotypic and phylogenetic analyses show Microcoleus chthonoplastes to be a cosmopolitan cyanobacterium II Appl. Environ. Microbiol. 1996. - V. 62. - P. 3284-3291.

71. Glaessner M.F., Preiss W.V., Walter M.R. Precambrian columnar stromatolites in Australia: morphological and stratigraphic analysis // Science, New Series. 1969.-V. 164.3883.-P. 1056-1058.

72. Golecki J.R. Studies on ultrastructure and composition of cell wall of the cyanobacterium Anacystis nidulans II Arch. Microbiol. 1977. -V. 114. - P. 35-41.

73. Guidry S.A., Chafetz H.S. Anatomy of siliceous hot springs: examples from Yellowstone National Park, Wyoming, USA // Sedimentary Geology. 2003. - V. 157.-P. 71-106.

74. Guidry S.A., Chafetz H.S. Factors governing subaqueous siliceous sinter precipitation in hot springs: examples from Yellowstone National Park, USA // Sedimentology. 2002. - V. 49. - P. 1253-67.

75. Herdman M., Janvier M., Waterbury M. Deoxyribonucleic acid base composition of cyanobacteria // J. of Gen. Microbiol. 1979. — V. 111. — P. 63-71.

76. Hindalc F. Morphological variability and taxonomy of some coccoid blue-green alga (Cyanopliyta) // Schweiz. Z. Hydrol. 1983. - V. 45. - P. 311-320.

77. Hindak F. Thermal microorganisms from a hot spring on the coast of Lake Bogoria, Kenya // Nova Hedwigia Beiheft. V. 123. - 2001. - P. 77-93.

78. Hinman N.W., Lindstrom R.F. Seasonal changes in silica deposition in hot spring systems // Chemical Geology. 1996. - V. 132. - P. 237-246.

79. Hobel C.F.V., Marteinsson V.T., Hreggvidsson G.O., Kristjansson J.K. Investigation of the microbial ecology of intertidal hot springs by using diversity analysis of 16S rRNA and chitinase genes // Appl. Environ. Microbiol. 2005. - V. 71.-P. 2771-76.

80. Hoek C., Mann D.G., Jahns H.M. Algae: an introduction to phycology. -Cambridge University Press, 1995.-P. 16-34.

81. Hoffmann L., Komarek J., ICastovsky J. System of Cyanoprokaryotes (Cyanobacteria) state in 2004 // 16th Symposium of the International Association for Cyanophyte Research. Luxemburg. - 2004. - P. 42.

82. Hoffmann L., Kastovsky J., Komarek J. Proposal of cyanobacterial system — 2004 / In: Btidel В., Gartner G., Krienitz L. & Schagerl M. (eds.): Stipwasserflora von Mitteleuropa, 19/2 // Elsevier/Spektrum, Heidelberg. 2005. - P. 657-660.

83. Hoiczyk I.E.; Hansel A. Cyanobacterial cell walls: News from an unusual prokaryotic envelope // J. Bacteriol. 2000. - V. 182. - № 5. - P. 1191-1199.

84. Hoiczyk E., Baumeister W. Envelope structure of four gliding filamentous cyanobacteria // J. Bacteriol. 1995. - V. 177. - P. 2387-2395.

85. Hoiczyk E., Baumeister W. The junctional pore complex, a prokaryotic secretion organelle, is the molecular motor underlying gliding motility in cyanobacteria // Curr Biol. 1998. - V. 8. - P. 1161-1168.

86. Janse I., Meima M., Edwin W., Kardinaal A., Zwart G. High-resolution differentiation of cyanobacteria by using rRNA-intemal transcribed spacer denaturing gradient gel electrophoresis // Appl. Environ. Microbiol. 2003. - V. 69. -P. 6634-6643.

87. Jones В., Renaut R.W., Rosen M.R. Biogenicity of silica precipitation around geysers and hot-spring vents, North Island, New Zealand // J. of Sedimentary Research. 1997,-V. 67.-№ l.p. 88-104.

88. Jones В., Renaut R.W., Konhauser K.O. Genesis of large siliceous stromatolites at Frying Pan Lake, Waimangu geothermal field, North Island, New Zealand // Sedimentology. 2005. - V. 52. - P. 1229-1252.

89. Kanokratana P., Chanapan S., Pootanakit K., Eurwilaichitr L. Diversity and abundance of Bacteria and Archaea in the Bor Khlueng Hot Spring in Thailand // J. of Basic Microbiol. 2004. - V. 44. - P. 430-444.

90. Kemp P.F., Aller J.Y. Bacterial diversity in aquatic and other environments: what 16S rDNA libraries can tell us // FEMs Microbiol. Ecol. 2004. - V. 47. - P. 161-177.

91. Komarek J., Anagnostidis K. Cyanoprocaryota — 1. Teil: Chroococcales. In: Ettl H., Gerloff J., Heynig H., Mollenhauer D. (eds.): SiiBwasserflora von Mitteleuropa, Band 19/1 // Gustav Fischer Verlag. - 1999. - 548 p.

92. Komarek J., Anagnostidis K. Cyanoprokaryota 2. Teil/ 2nd Part: Oscillatoriales. - In: Btidel В., Gartner G., Krienitz L. & Schagerl M. (eds.): SuPwasserflora von Mitteleuropa, Band 19/2 // Elsevier/Spektrum, Heidelberg. -2005.-759 p.

93. Komarek J., Kling H., Komarkova J. Filamentous cyanobacteria. In: Wehr J.D., Sheath R.G. (eds.), Freshwater Algae of North America: Ecology and Classification // Academic Press. - 2003. - P. 117-196.

94. Konhauser K.O., Fems F.G. Diversity of iron and silica precipitation by microbial mats in hydrothermal waters, Iceland: implications for Precambrian iron formations // Geology. 1996. - V. 24. - P. 323-326.

95. Konhauser K.O., Jones В., Reysenbach A., Renaut R.W. Hot spring sinters: keys to understanding Earth's earliest life forms // Can. J. Earth Sci. 2003. — V. 40. -P. 1713-24.

96. Konhauser K.O., Phoenix V.R., Bottrell S.H., Adams D.G., Head I.M. Microbial-silica interactions in Icelandic hot spring sinter: possible analogues for some Precambrian'siliceous stromatolites // Sedimentology. 2001. - V. 48. - P. 415-433.

97. Konhauser K.O., Jones В., Phoenix V.R., Ferris G., Renaut R.W. The microbial role in hot spring silicification // Ambio. 2004. — V. 33. - P. 552-558.

98. Krienitz L., Ballot A., Kotut K., Wiegand C. Contribution of hot spring cyanobacteria to the mysterious deaths of Lesser Flamingos at Lake Bogoria, Kenya // FEMs Microbiol. Ecol. 2003. - V. 43. - P. 141-148.

99. Mann H., Fyfe W.S., Tazaki K., Kerrich R. Biological accumulation of different chemical elements by microorganisms from Yellowstone National Park,

100. USA // Mechanisms and phylogeny of mineralization in biological systems. — Springer-Verlag Tokio. 1991. - P. 357-363.

101. Marchesi J.R., Sato T. Design and Evaluation of Useful Bacterium-Specific PCR Primer That Amplify Genes Coding for Bacterial 16S rRNA // Appl. Env. Microbiol. 1998. -V. 64. - P. 795-799.

102. McKenzie E.J., Brown K.L., Cady S.L., Campbell K.A. Trace metal chemistry and silicification of microorganisms in geothermal sinter Taupo Volcanic Zone, New Zealand // Geothermics. 2001. - V. 30. - P. 483-502.

103. Miller S.R., Castenholz R.W. Ecological physiology of Synechococcus sp. strain SH-94-5, a naturally occurring cyanobacterium deficient in nitrate assimilation // Appl. Environ. Microbiol. 2001. - V. 67. - P. 3002-3009.

104. Mojzsis S.J., Arrhenius G., McKeegan K.D. Evidence for life on Earth before 3800 million years ago // Nature. 1996. - V. 384. - P. 55-59.

105. Nalcagawa Т., Fukui M. Phylogenetic characterization of microbial mats and streamers from a Japanese alkaline hot spring with a thermal gradient // J. Gen. Appl. Microbiol. 2002. - V.48. - P.211-222.

106. Namsaraev Z.B., Gorlenko V.M., Namsaraev B.B., Buryukhaev S.P., Yurlcov V.V. The structure5 and biogeochemical activity of the phototrophic communities from the Bol'sherechenskii alkaline hot spring // Microbiol. 2003. - V. 72. - P. 193-202.

107. Nassif N., Bouvet O., Rager N.M., Roux C., Coradin Т., Livage J. Living bacteria in silica gels // Nat. Mater. 2002. - V.1. - P. 42-44.

108. Nassif N., Roux C., Coradin Т., Bouvet O.M.M., Livage J. Bacteria quorum sensing in silica matrices // J. Mater. Chem. 2004. - V.14. - P. 2264-2268.

109. Nelissen В., Baere R., Wilmotte A., Wachter R. Phylogenetic relationship of nonaxenic filamentous cyanobacterial strains based on 16S rRNA sequence analysis //J. Mol. Evolution. 1996. -V. 42. - P. 194-200.

110. Ng C.C., Huang W.C., Chang C.C., Tzeng W.S., Chen T.W., Liu Y.S., Shyu Y.T. Tufa microbial diversity revealed by 16S rRNA cloning in Taroko National Park, Taiwan // Soil Biol. Biochem. 2006. - V. 38. - P. 342-348.

111. Nierzwicki S.A., Maratea D., Balkwill D.L., Hardie L. P., Mehta V.B., Stevens Jr.S.E. Ultrastructure of the Cyanobacterium, Mastigocladus laminosus II Arch, of Microbiol. 1982. - Y. 133.-P. 11-19.

112. Norris T.B., McDermott T.R., Castenholz R.W. The long-term effects of UV exclusion on the microbial composition and photosynthetic competence of bacteria in hot-spring microbial mats // FEMs Microbiol. Ecol. 2002. - V. 39(3). - P. 193209.

113. Norris T.B., Castenholz R.W. Endolithic photosynthetic communities within ancient and recent travertine deposits in Yellowstone National Park // FEMs Microbiol. Ecol. 2006. - V. 57(3). - P. 470-483.

114. Niibel U., Garcia-Pichel F., Muyzer G. PCR primers to amplify 16S rRNA genes from cyanobacteria // Appl. Environ. Microbiol. 1997. - V. 63. - P. 33273332.

115. Niibel U., Garcia-Pichel F., Kiihl M., Muyzer G. Quantifying microbial diversity: Morphotypes, 16S rRNA genes, and carotenoids of oxygenic phototrophs in microbial mats // Appl. Environ. Microbiol. 1999. - V. 65. - P. 422-430.

116. Oren A. A proposal for further integration of the cyanobacteria under the Bacteriological Code // Intern. J. of Syst. and Evol. Microbiol. 2004. - Y. 54. - P. 1895-1902.

117. Oren A., Tindall B.J. Nomenclature of the Cyanophyta/Cyanobacteria/ Cyanoprokaryotes under the International Code of Nomenclature of Prokaryotes // 16th Symposium of the International Association for Cyanophyte Research. Luxembourg. 2004. - P. 57-58.

118. Palinska K.A., Crumbein W.E. Perforation patterns in the peptidoglycan wall of filamentous cyanobacteria // J. Phycol. 2000. - Y. 36. - P. 139-145.

119. Palys Т., Nalcamura L. К., Cohan F. M. Discovery and classification of ecological diversity in the bacterial world: the role of DNA sequence data // Int. J. Syst. Bacteriol. 1997. - V. 47. - P. 1145-1156.

120. Papke R.T., Ramsing N.B., Bateson M.M., Ward D.M. Geographical isolation in hot spring cyanobacteria // Env. Microbiol. 2003. - V. 5. - P. 650-659.

121. Patwardhan S.V., Clarson S J. Silicification and biosilicification. Part 6. Poly-L-Histidiny mediated synthesis of silica at neutral pH // J. of Inorganic and Organometallic Polymers. 2003. - V. 13. - № 1. - P. 49-53.

122. Pentecost A. Cyanobacteria associated with hot spring travertines // Can. J. Earth Sci. 2003. - V. 40. - P. 1447-57.

123. Pentecost A. The microbial ecology of some Italian hot spring travertines // Microbios. 1995. - V. 81. - P. 45-58.

124. Peshelc G.A., Sleytr U.B. Thylakoid morphology of the cyanobacteria Anabaena variabilis and Nostoc sp. grown under light and dark conditions // J. Ultrastr. Res. 1983. - V. 82. - P. 232-239.

125. Phoenix V.R., Martinez R.E., IConhauser K.O., Ferris F.G. Characterization and implications of the cell surface reactivity of Calothrix sp. strain ICC97 // Appl. Environ. Microbiol. 2002. - V. 68. - P. 4827-4834.

126. Phoenix V.R., Konhauser K.O., Adams D.G., Bottrell S.H. Role of biomineralization as an ultraviolet shield: Implications for Archean life // Geology. — 2001.-V. 29.-P. 823-826.

127. Phoenix V.R., Konhauser K.O., Adams D.G. Cyanobacterial viability during hydrothermal biomineralization // Chem. Geol. 2000. - V. 169. - P. 329-338.

128. Pierson B.K., Parenteau M.N. Phototrophs in high iron microbial mats: microstructure of mats in iron-depositing hot springs // FEMs Microbiol. Ecol. -2000.-V. 32.-P. 181-196.

129. Rachel R., Pum D., Smarda J., Smajs D., Komrska J., Krzyzanek V., Rieger G., Stetter K.O. Part II. Fine structure of S-layers // FEMs Microbiol. Reviews. -1997.-V. 20.-P. 13-23.

130. Renaut R.W., Jones В., Tiercelin J.J. Rapid in situ silicification of microbes at Loburu hot springs, Lake Bogoria, Kenya Rift Valley // Sedimentology. 1998. — V. 45. - P. 1083-1103.

131. Renaut R.W., Jones В., Tiercelin J.J., Tarits C. Sublacustrine precipitation of hydrothermal silica in rift lakes: evidence from Lake Baringo, central Kenya Rift Valley // Sedimentary Geology. 2002. - V. 148. - P. 235-257.

132. Rippka R., Deruelles J., Waterbury J.B., Herdman M., Stanier R.Y. Generic assignments, strain histories and properties of pure cultures of Cyanobacteria // J. Gen. Microbiol.-1979.-V. 111.-P. 1-61.

133. Rippka R. Isolation and purification of cyanobacteria / In: L. Packer and A.N. Glazer (ed.). Methods in enzymology. 1988. - V. 167. - P. 3-27.

134. Rocap G., Larimer F.W., Lamerdin J., Malfatti S., Chain P., Ahlgren N.A. Genome divergence in two Prochlorococcus ecotypes reflects oceanic niche differentiation // Nature. 2003. - V. 424. - P. 1042-1047.

135. Roeselers G., Norris T.B., Castenholz R.W., Rysgaard S., Glud R.N., Kiihl M., Muyzer G. Diversity of phototrophic bacteria in microbial mats from Arctic hot springs (Greenland) // Environ. Microbiol. 2007. - V. 9(1). - P. 26-38.

136. Rudi K., Skulberg M.O., Larsen F., Jakobsen K.S. Strain characterization and classification of oxyphotobacteria in clone cultures on basis of 16S rRNA sequences from the variable regions V6, V7, V8 // Appl. Env. Microbiol. 1997. - V. 63. - P. 2593-2599.

137. Santegoeds C.M., Nold S.C., Ward D.M. Denaturing gradient gel electrophoresis used to monitor the enrichment culture of aerobic chemoorganotrophic bacteria from a hot spring cyanobacterial mat 11 Appl. Environ. Microbiol. 1996. -V. 62. - P. 3922-3928.

138. Sarolcin D.I., Carpenter E.J. Cyanobacterial spinae 11 Botanica Marina. 1981. -V. 24.-P. 389-392.

139. Schidlowski M. A 3,800-million-year isotopic record of life from carbon in sedimentary rocks //Nature. 1988. -V. 333. - P. 313-318.

140. Schonhuber W., Zarda В., Eix S., Rippka R., Herdman M., Ludwig W., Amann R. In situ identification of cyanobacteria with horseradish peroxidase-labeled, rRNA-targeted oligonucleotide probes // Appl. Environ. Microbiol. — 1999. -V. 65.-P. 1259-1267.

141. Schultze-Lam S., Harauz G., Beveridge T.J. Participation of a cyanobacterial S-layer in fine-grain mineral formation // J. Bacterid. 1992. - V. 174. - P. 79717981.

142. Schopf J.W. Microfossils of the early Archean Apex chert: new evidence of the antiquity of life // Science. 1993. - V. 260. - P. 640-646.

143. Shchipunov Yu.A., Kojima A., Imae T. Polysaccharides as a template for silicate generated by sol-gel processes // J. of Colloid and Interface Sci. 2005. - V. 285.-P. 574-580. 1

144. Sigler W.V., Bachofen R., Zeyer J. Molecular characterization of endolithic cyanobacteria inhabiting exposed dolomite in central Switzerland // Environ. Microbiol. 2003. - V. 5. - P. 618-627.

145. Smarda J., Smajs D., Komrska J., Krzyzanek V. S-layers on cell walls of cyanobacteria // Micron. 2002. - V. 33. - P. 257-277.

146. Sompong U., Hawkins P.R., Besley C., Peerapornpisal Y. The distribution of cyanobacteria across physical and chemical gradients in hot springs in northern Thailand // FEMS Microbiol. Ecol. 2005. - V. 52. - P. 365-376.

147. Taton A., Grubisic S., Ertz D., Hodgson D.A., Picardi R., Biondi N., Tredici M., Mainini M., Losi D., Marinelli F., Wilmotte A. Polyphasic study of Antarctic cyanobacterial strains // J. Phycol. 2006. - V. 42. - P. 1257-1270.

148. Taton A., Grubisic S., Balthasart P., Hodgson D.A., Laybourn-Parry J., Wilmotte A. Biogeographical distribution and ecological ranges of benthiccyanobacteria in East Antarctic lakes // FEMs Microbiol. Ecol. 2006a. — V. 57. -P. 272-289.

149. Tazaki K., Ishida H. Bacteria as nucleation sites for authigenic minerals // J. Geol. Soc. Japan.-1996.-V. 102. -№ 10.-P. 866-878.

150. Tazaki K. Biomineralization of layer silicates and hydrated Fe/Mn oxides in microbial mats: an electron microscopical study // Clays and Clay Minerals. 1997. -V. 45.-P. 203-212.

151. Thompson J.B., Ferris F.G., Smith D.A. Geomicrobiology and sedimentology of the mixolimnion and chemocline in Fayetteville Green Lake, New York // Palaios. 1990. - V. 5. - P. 52-75.

152. Thurston E.L., Ingram L.O. Morphology and fine structure of Fischerella ambigua //J. Phycol. 1971. -V. 7. - P. 203-210.

153. Tomitani A., Knoll A.H., Cavanaugh C.M., Ohno T. The evolutionary diversification of cyanobacteria: molecular-phylogenetic and paleontological perspectives // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2006. - V. 103. - P. 5442-5447.

154. Walsby A.E. Gas vesicles // Microbiol. Rev. 1994. - V.58. - P. 94-144.

155. Walsh M.M. Microfossils and possible microfossils from the Early Archean Onwervaht Group, Barberton Mountain Land, South Africa // Precambr. Res. -1992.-V. 54.-P. 271-293.

156. Ward D.M., Ferris M.J., Nold S.C., Bateson M.M. A natural view of microbial biodiversity within hot spring cyanobacterial mat communities // Microbiol. Mol. Biol. Rev. 1998. -V. 62. - P. 1353-1370.

157. Waterbury J. В., Rippka R. Order Chroococcales (subsection I) In J.T. Staley, M.P. Bryant, N. Pfennig, J.G. Holt (eds), Bergey's manual of systematic bacteriology, V. 3. // Williams and Wilkins Co., Baltimore. - 1989. - P. 1728-1746.

158. Westall F., Boni L., Guerzoni E. The experimental silicification of microorganisms // Paleontology. 1995. - V. 38. - Part 3. - P. 496-528.

159. Widmer F., Hartmann M., Frey В., Kolliker R. A novel strategy to extract specific phylogenetic sequence information from community T-RFLP // J. Microbiol. Methods. 2006. - V. 10. - P. 27-32.

160. Wilcox M., Mitchison G.J, Smith R.J. Pattern formation in the blue-green alga Anabaena. II. Controlled proheterocyst regression I I J. Cell Sd. 1973. - V. 13. - P. 637-649.

161. Wildon D.C., Mercer F.V. The ultrastructure of the vegetative cell of blue-green algae // Austr. J. biol. Sci. 1963. - V. 16. - P. 585-596.

162. Willame R., Boutte C., Grubisic S., Wilmotte A., Komarek J., Hoffmann L. Morphological and molecular characterization of planktonic cyanobacteria from Belgium and Luxembourg // J. of Phyc. 2006. - V. 42. - P. 1312-1332.

163. White D.E., Brannock W.W., Murata K.J. Silica in hot-spring waters // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1956. - V. 10. - P. 27-59.

164. Whitton B.A. The biology of Rivulariaceae. In: The Cyanobacteria - a comparative review (Eds P. Fay, C. van Baalen). // Elsevier. - 1987. - P. 513-534.

165. XiaoTong P., HuaiYang Z., ZhiJun W., Lei J., Song Т., HuiQiang Y., GuangQian C. Biomineralization of phototrophic microbes in silica-enriched hot springs in South China // Chinese Science Bulletin. 2007. - V. 52(3). - P. 367-379.

166. Yee N., Phoenix V.R., Konhauser K.O., Benning L.G., Ferris F.G. The effect of cyanobacteria oh silica precipitation at neutral pH: Implications for bacterial silicification in geothermal hot springs // Chem. Geol. 2003. - V. 199. - P. 83-90.

167. Yokoyama Т., Taguchi S., Motomura Y., Watanabe K., Nakanishi Т., Aramaki Y., Izawad E. The effect of aluminum on the biodeposition of silica in hot spring water // Chem. Geology. 2004. - V. 212. - P. 329-337.

Информация о работе

Сороковикова, Екатерина Георгиевна
кандидата биологических наук
Иркутск, 2008
ВАК 25.00.02

Диссертация

Цианобактерии термальных источников Байкальской рифтовой зоны и их роль в осаждении кремнезема как модельных объектов для исследования микрофоссилий - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы