Журнал общей биологии, 2023, T. 84, № 4, стр. 243-262
Размерно-морфологическая структура и экологические стратегии прокариотопланктона крупного горного озера Севан (Армения)
Е. В. Кузнецова 1, *, Д. Б. Косолапов 1, Н. Г. Косолапова 1, М. Ю. Скопина 1
1 Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН
152742 Борок, Некоузский р-н, Ярославская обл., Россия
* E-mail: kuzel@ibiw.ru
Поступила в редакцию 17.11.2022
После доработки 20.02.2023
Принята к публикации 04.08.2023
- EDN: ANBXFD
- DOI: 10.31857/S0044459623040048
Полные тексты статей выпуска доступны в ознакомительном режиме только авторизованным пользователям.
Аннотация
Изучена динамика размерно-морфологических групп гетеротрофного прокариотопланктона самого крупного пресного водоема Кавказа – оз. Севан (Армения), – позволяющая объяснить его пространственно-временную организацию и сукцессию. Для этого озера характерно чередование стабильных и нестабильных периодов существования гидробионтов из-за резких изменений экологических условий, вызванных главным образом деятельностью человека. В сообществе планктонных прокариот озера выделяли следующие размерно-морфологические группы: мелкие кокки и коккобациллы, мелкие палочки и вибрионы, среднеразмерные кокки и коккобациллы, крупные палочки и вибрионы, нити, а также клетки, ассоциированные с детритными частицами. Основной вклад (в среднем 55.5%) в формирование биомассы прокариотопланктона озера вносили мелкие палочки и вибрионы. Биомасса каждой из групп колебалась во времени и пространстве в относительно узких пределах, и развитие групп происходило в тесной взаимосвязи друг с другом. По-видимому, разные размерно-морфологические группы прокариот адаптированы к существованию в пределах сходных эколого-филогенетических ниш и совместно и последовательно выполняют общие функции в минерализации органических веществ и трофических взаимодействиях в озере. Вместе с тем эти группы реализуют различные экологические стратегии, которые могут быть успешными в разные периоды существования экосистемы.
Полные тексты статей выпуска доступны в ознакомительном режиме только авторизованным пользователям.
Список литературы
Косолапов Д.Б., 2016. Бактериопланктон озера Севан // Озеро Севан. Экологическое состояние в период изменения уровня воды. Ярославль: Филигрань. С. 79–92.
Крылов А.В., Айрапетян А.О., Овсепян А.А., Сабитова Р.З., Габриелян Б.К., 2021. Межгодовые изменения весеннего зоопланктона пелагиали озера Севан (Армения) в ходе повышения ихтиомассы // Биология внутр. вод. № 1. С. 95–98. https://doi.org/10.31857/S032096522101006X
Озеро Севан. Экологическое состояние в период изменения уровня воды, 2016 / Отв. ред. Крылов А.В. Ярославль: Филигрань. 328 с.
Павлова М.Д., Асатурова А.М., Козицын А.Е., 2021. Форма клеток бактерий. Некоторые особенности ультраструктуры, эволюции и экологии // Журн. общ. биологии. Т. 82. № 4. С. 270–282. https://doi.org/10.31857/S0044459621040047
Сахарова Е.Г., Крылов А.В., Сабитова Р.З., Цветков А.И., Гамбарян Л.Р. и др., 2020. Горизонтальное и вертикальное распределение фитопланктона высокогорного озера Севан (Армения) в период летнего цветения цианопрокариот // Сиб. экол. журн. № 1. С. 76–88. https://doi.org/10.15372/SEJ20200106
Andrews J.H., Harris R.F., 1986. r- and K-selection and microbial ecology // Advances in Microbial Ecology. N.-Y.: Springer Science+Business Media. P. 99–147.
Asatryan V., Stepanyan L., Hovsepyan A., Khachikyan T., Mamyan A., Hambaryan L., 2022. The dynamics of phytoplankton seasonal development and its horizontal distribution in Lake Sevan (Armenia) // Environ. Monit. Assess. V. 194. Art. 757. https://doi.org/10.1007/s10661-022-10446-5
Batani G., Pérez G., Martínez de la Escalera G., Piccini C., Fazi S., 2016. Competition and protist predation are important regulators of riverine bacterial community composition and size distribution // J. Freshwat. Ecol. V. 31. № 4. P. 609–623. https://doi.org/10.1080/02705060.2016.1209443
Bergeijk D.A., van, Terlouw B.R., Medema M.H., Wezel G.P., van, 2020. Ecology and genomics of Actinobacteria: new concepts for natural product discovery // Nat. Rev. Microbiol. V. 18. P. 546–558. https://doi.org/10.1038/s41579-020-0379-y
Beveridge T.J., 1988. The bacterial surface: General considerations towards design and function // Can. J. Microbiol. V. 34. № 4. P. 363–372. https://doi.org/10.1139/m88-067
Borsheim K.Y., 1993. Native marine bacteriophages // FEMS Microbiol. Ecol. V. 102. P. 141–159. https://doi.org/10.1016/0378-1097(93)90197-A
Caron D.A., 1983. Technique for enumeration of heterotrophic and phototrophic nanoplankton, using epifluorescence microscopy, and comparison with other procedures // Appl. Environ. Microbiol. V. 46. № 2. P. 491–498. https://doi.org/10.1128/aem.46.2
Caron D.A., Dam H.G., Kremer P., Lessard E.J., Madin L.P. et al., 1995. The contribution of microorganisms to particulate carbon and nitrogen in surface waters of the Sargasso Sea near Bermuda // Deep Sea Res. V. 42. P. 943–972. https://doi.org/10.1016/0967-0637(95)00027-4
Comte J., Jacquet S., Viboud S., Fontvieille D., Millery A. et al., 2006. Microbial community structure and dynamics in the largest natural French lake (Lake Bourget) // Microb. Ecol. V. 52. P. 72–89. https://doi.org/10.1007/s00248-004-0230-4
Corno G., Caravati E., Callieri C., Bertoni R., 2008. Effects of predation pressure on bacterial abundance, diversity, and size-structure distribution in an oligotrophic system // J. Limnol. V. 67. № 2. P. 107–119. https://doi.org/10.4081/jlimnol.2008.107
Falkowski P.G., Fenchel T., Delong E.F., 2008. The microbial engines that drive Earth’s biogeochemical cycles // Science. V. 320. № 5879. P. 1034–1039. https://doi.org/10.1126/science.1153213
Fischer U.R., Velimirov B., 2000. Comparative study of the abundance of various bacterial morphotypes in an eutrophic freshwater environment determined by AODC and TEM // J. Microbiol. Methods. V. 39. № 3. P. 213–224. https://doi.org/10.1016/S0167-7012(99)00121-9
Foster K.R., Bell T., 2012. Competition, not cooperation, dominates interactions among culturable microbial species // Curr. Biol. V. 22. № 19. P. 1845–1850. https://doi.org/10.1016/j.cub.2012.08.005
Fuhrman J.A., Noble R.T., 1995. Viruses and protists cause similar bacterial mortality in coastal seawater // Limnol. Oceanogr. V. 40. P. 1236–1242. https://doi.org/10.4319/lo.1995.40.7.1236
Garcia A., Goñi P., Cieloszyk J., Fernandez M.T., Calvo-Beguería L. et al., 2013. Identification of free-living amoebae and amoeba-associated bacteria from reservoirs and water treatment plants by molecular techniques // Environ. Sci. Technol. V. 47. № 7. P. 3132–3140. https://doi.org/10.1021/es400160k
Gasol J.M., Giorgio P.A., del Massana R., Duarte C.M., 1995. Active versus inactive bacteria: Size-dependence in a coastal marine plankton community // Mar. Ecol. Prog. Ser. V. 128. P. 91–97. https://doi.org/10.3354/meps128091
Hahn M.W., 2003. Isolation of strains belonging to the cosmopolitan Polynucleobacter necessarius cluster from freshwater habitats located in three climatic zones // Appl. Environ. Microbiol. V. 69. P. 5248–5254. https://doi.org/10.1128/AEM.69.9.5248-5254.2003
Hahn M.W., Hofle M.G., 1999. Flagellate predation on a bacterial model community: Interplay of size-selective grazing, specific bacterial cell size, and bacterial community composition // Appl. Environ. Microbiol. V. 65. P. 4863–4872. https://doi.org/10.1128/AEM.65.11.4863-4872.1999
Hahn M.W., Hofle M.G., 2001. Grazing of protozoa and its effect on populations of aquatic bacteria // FEMS Microbiol. Ecol. V. 35. P. 113–121. https://doi.org/10.1111/j.1574-6941.2001.tb00794.x
Hambaryan L.R., Stepanyan L.G., Mikaelyan M.V., Gyurjyan Q.G., 2020. The bloom and toxicity of cyanobacteria in Lake Sevan // Proc. YSU B: Chem. Biol. Sci. V. 54. № 2. P. 168–176. https://doi.org/10.46991/PYSU:B/2020.54.2.168
Jia Yu., Whalen J.K., 2020. A new perspective on functional redundancy and phylogenetic niche conservatism in soil microbial communities // Pedosphere. V. 30. № 1. P. 18–24. https://doi.org/10.1016/S1002-0160(19)60826-X
Jurgens K., Matz C., 2002. Predation as a shaping force for the phenotypic and genotypic composition of planktonic bacteria // Antonie van Leeuwenhoek. V. 81. P. 413–434. https://doi.org/10.1023/a:1020505204959
Jurgens K., Pernthaler J., Schalla S., Amann R., 1999. Morphological and compositional changes in a planktonic bacterial community in response to enhanced protozoan grazing // Appl. Environ. Microbiol. V. 65. № 3. P. 1241–1250. https://doi.org/10.1128/AEM.65.3.1241-1250.1999
Kirschner A.K.T., Velimirov B., 1997. Seasonal study of bacterial community succession in a temperate backwater system indicated by variation in morphotype numbers, biomass and secondary production // Microb. Ecol. V. 34. P. 27–38. https://www.jstor.org/stable/4251501
Krambeck C., Krambeck H.-J., Overbeck J., 1981. Microcomputer-assisted biomass determination of plankton bacteria on scanning electron micrographs // Appl. Environ. Microbiol. V. 42. № 1. P. 142–149. https://doi.org/10.1128/aem.42.1
La Ferla R., Azzaro F., Azzaro M., Caruso G., Decembrini F. et al., 2005. Microbial contribution to carbon biogeochemistry in the Central Mediterranean Sea: Variability of activities and biomass // J. Mar. Syst. V. 57. № 1–2. P. 146–166. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2005.05.001
Lampert W., 2011. Daphnia: Development of a Model Organism in Ecology and Evolution. Oldendorf; Luhe: IEI Publishers. 250 p.
Langenheder S., Jurgens K., 2001. Regulation of bacterial biomass and community structure by metazoan and protozoan predation // Limnol. Oceanogr. V. 46. P. 121–134. https://doi.org/10.4319/lo.2001.46.1.0121
Lebaron P., Servais P., Agogue H., Courties C., Joux F., 2001. Does the high nucleic acid content of individual bacterial cells allow us to discriminate between active cells and inactive cells in aquatic systems? // Appl. Environ. Microbiol. V. 67. P. 1775–1782. https://doi.org/10.1128/AEM.67.4.1775-1782.2001
Martiny A.C., Treseder K., Pusch G., 2013. Phylogenetic conservatism of functional traits in microorganisms // ISME J. V. 7. P. 830–838. https://doi.org/10.1038/ismej.2012.160
Newton R.J., Jones S.E., Eiler A., McMahon K.D., Bertilsson S., 2011. A guide to the natural history of freshwater lake bacteria // Microbiol. Mol. Biol. Rev. V. 75. № 1. P. 14–49. https://doi.org/10.1128/MMBR.00028-10
Newton R.J., Shade A., 2016. Lifestyles of rarity: Understanding heterotrophic strategies to inform the ecology of the microbial rare biosphere // Aquat. Microb. Ecol. V. 78. P. 51–63. https://doi.org/10.3354/ame01801
Norland S., 1993. The relationship between biomass and volume of bacteria // Handbook of Methods in Aquatic Microbial Ecology. Boca Raton: Lewis Publishers. P. 303–308.
Pernthaler A., Pernthaler J., Amann R., 2004. Sensitive multi-color fluorescence in situ hybridization for the identification of environmental microorganisms // Molecular Microbial Ecology Manual. Dordrecht; Boston; London: Kluwer Academic Press. P. 711–726.
Pernthaler J., 2005. Predation on prokaryotes in the water column and its ecological implications // Nat. Rev. Microbiol. V. 3. P. 537–546. https://doi.org/10.1038/nrmicro1180
Pernthaler J., Glockner F.-O., Unterholzner S., Alfreider A., Psenner R., Amann R., 1998. Seasonal community and populations dynamics of pelagic bacteria and Archaea in a high mountain lake // Appl. Environ. Microbiol. V. 64. P. 4299–4306. https://doi.org/10.1128/AEM.64.11.4299-4306.1998
Pernthaler J., Posch T., Simek K., Vrba J., Pernthaler A. et al., 2001. Predator-specific enrichment of Actinobacteria from a cosmopolitan freshwater clade in mixed continuous culture // Appl. Environ. Microbiol. V. 67. № 5. P. 2145–2155. https://doi.org/10.1128/AEM.67.5.2145-2155
Pernthaler J., Sattler B., Simek K., Schwarzenbacher A., Psenner R., 1996. Top-down effects on the size biomass distribution of a freshwater bacterioplankton community // Aquat. Microb. Ecol. V. 10. P. 255–263. https://doi.org/10.3354/ame010255
Porter K.G., Feig Y.S., 1980. The use of DAPI for identifying and counting aquatic microflora // Limnol. Oceanogr. V. 25. № 5. P. 943–948. https://doi.org/10.4319/lo.1980.25.5.0943
Posch T., Franzoi J., Prader M., Salcher M.M., 2009. New image analysis tool to study biomass and morphotypes of three major bacterioplankton groups in an alpine lake // Aquat. Microb. Ecol. V. 54. P. 113–126. https://doi.org/10.3354/ame01269
Pradeep Ram A.S., Mari X., Brune J., Torréton J.P., Chu V.T. et al., 2018. Bacterial-viral interactions in the sea surface microlayer of a black carbon-dominated tropical coastal ecosystem (Halong Bay, Vietnam) // Elem. Sci. Anth. V. 6. Art. 13. https://doi.org/10.1525/elementa.276
Pradeep Ram A.S., Nishimura Y., Tomaru Y., Nagasaki K., Nagata T., 2010. Seasonal variation in viral-induced mortality of bacterioplankton in the water column of a large mesotrophic lake (Lake Biwa, Japan) // Aquat. Microb. Ecol. V. 58. P. 249–259. https://doi.org/10.3354/ame01381
Rothhaupt K.O., 1997. Nutrient turnover by freshwater bacterivorous flagellates: Differences between a heterotrophic and mixotrophic chrysophyte // Aquat. Microb. Ecol. V. 12. P. 65–70. https://doi.org/10.3354/ame012065
Salcher M.M., 2014. Same but different: Ecological niche partitioning of planktonic freshwater prokaryotes // J. Limnol. V. 73. P. 74–87. https://doi.org/10.4081/jlimnol.2014.813
Salcher M.M., Hofer J., Hornák K., Jezbera J., Sonntag B. et al., 2007. Modulation of microbial predator-prey dynamics by phosphorus availability. Growth patterns and survival strategies of bacterial phylogenetic clades // FEMS Microbiol. Ecol. V. 60. P. 40–50. https://doi.org/10.1111/j.1574-6941.2006.00274.x
Sanders R.W., Porter K.G., Bennett S.J., DeBiase A.E., 1989. Seasonal patterns of bacteriovory by flagellates, ciliates, rotifers and cladocerans in freshwater planktonic community // Limnol. Oceanogr. V. 34. P. 673–687. https://doi.org/10.4319/lo.1989.34.4.0673
Schauer M., Hahn M.W., 2005. Diversity and phylogenetic affiliations of morphologically conspicuous large filamentous bacteria occurring in the pelagic zones of a broad spectrum of freshwater habitats // Appl. Environ. Microbiol. V. 71. № 4. P. 1931–1940. https://doi.org/10.1128/AEM.71.4.1931-1940.2005
Schuech R., Hoehfurtner T., Smith D.J., Humphries S., 2019. Motile curved bacteria are Pareto-optimal // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. V. 116. № 29. P. 14440–14447. https://doi.org/10.1073/pnas.1818997116
Schulz H.N., Jørgensen B.B., 2001. Big bacteria // Annu. Rev. Microbiol. V. 55. P. 105–137. https://doi.org/10.1146/annurev.micro.55.1.105
Siefert J.L., Fox G.E., 1998. Phylogenetic mapping of bacterial morphology // Microbiology. V. 144. P. 2803–2808. https://doi.org/10.1099/00221287-144-10-2803
Simon M., Grossart H.-P., Schweitzer B., Ploug H., 2002. Microbial ecology of organic aggregates in aquatic ecosystems // Aquat. Microb. Ecol. V. 28. P. 175–211. https://doi.org/10.3354/ame028175
Thingstad T.F., 2000. Element of a theory for the mechanisms controlling abundance, diversity, and biogeochemical role of lytic bacterial viruses in aquatic system // Limnol. Oceanogr. V. 45. P. 1320–1328. https://doi.org/10.4319/lo.2000.45.6.1320
Walsby A.E., 2005. Stratification by cyanobacteria in lakes: A dynamic buoyancy model indicates size limitations met by Planktothrix rubescens filaments // New Phytol. V. 168. P. 365–376. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2005.01508.x
Weinbauer M.G., 2004. Ecology of prokaryotic viruses // FEMS Microbiol. Rev. V. 28. P. 127– 181. https://doi.org/10.1016/j.femsre.2003.08.001
Weinbauer M.G., Hornák K., Jezbera J., Nedoma J., Dolan J.R., Simek K., 2007. Synergistic and antagonistic effects of viral lysis and protistan grazing on bacterial biomass, production and diversity // Environ. Microbiol. V. 9. P. 777–788. https://doi.org/10.1111/j.1462-2920.2006.01200.x
Young K.D., 2006. The selective value of bacterial shape // Microbiol. Mol. Biol. Rev. V. 70. № 3. P. 660–703. https://doi.org/10.1128/MMBR.00001-06
Дополнительные материалы отсутствуют.
Инструменты
Журнал общей биологии