Экспедиция на НИС «Г.Ю. Верещагин» с 30 июня по 11 июля 2025 г.

C 30 июня по 11 июля 2025 г. на НИС «Г.Ю. Верещагин» состоялась экспедиция в рамках темы гос. задания № 0279-2021-0006 «Изучение функционирования гидратных, нефтяных и газообразных углеводородных систем и сопряженных с ними микробных сообществ в озере Байкал» (рук. Земская Т.И., Хлыстов О.М.).

Цель экспедиции – изучить разнообразие и структуру микробных сообществ, относительный вклад в сообщества деструкторов и продуцентов метана, осуществить поиск активных штаммов микроорганизмов, участвующих в образовании и превращении углеводородов (газообразных и нефтяных). Оценить возможность образования метана микроорганизмами в аэробных условиях в пелагиали озера Байкал. Исследовать геохимические обстановки, структуру микробных сообществ и роль микроорганизмов в процессах окисления газообразных углеводородов, включая гомологов метана и стойкие органические загрязнители (СОЗ).

Задачи экспедиции:

1. Выделить образцы ДНК из осадков районов различных геологических структур, в водной толще из слоев с повышенным содержанием метана для последующей детекции таксономического состава микроорганизмов с использованием метабаркодирования генов 16S рРНК, mcrA, pmoA, обеспечивающих способность образовывать метан.
2. Отобрать образцы восстановленных донных отложений в районах грязевых вулканов, подводного источника и фонового района для получения метаногенных накопительных культур на средах с различными субстратами и последующего целенаправленного выделения из них архей порядка Methanomassilcoccales, родов Methanoregula и Methanothrix
3. Получить накопительные культуры микроорганизмов, участвующих в окислении гомологов метана и СОЗ из донных осадков метановых сипов, грязевых вулканов и района нефтепроявлений на оз. Байкал (Большая Зеленовская, Горевой Утес).
4. Оценить вклад маркеров глубинных разгрузок (бор, литий, стронций) в поровых водах донных отложений четырех районов (грязевые вулканы Санкт-Петербург, Новосибирск, низкотемпературный подводный источник Фролиха, фоновый район) для определения глубины источника флюида.
5. Изучить состав микробных сообществ в двух районах формирования аутигенных карбонатов родохрозитового состава на основе анализа гена 16S рРНК. Изучить морфологию карбонатов с помощью сканирующей микроскопии и на основе EDAX анализа их состав. Изучить геохимические параметры в осадках их формирования.

Отбор образцов осуществлялся в разных экотопах озера, включая: районы с непрерывным осадконакоплением в трех котловинах озера (южной, средней и северной); районы разгрузки нефте-газосодержащих минерализованных флюидов (Большая Зеленовская и Горевой Утес), горячий источник Котельниковский, районы глубоководных грязевых вулканов (Санкт-Петербург, Новосибирск, сип Красный Яр), мелководные районы в зоне разлома (Малая Коса, б. Солонцовая), район подводного низкотемпературного источника б. Фролиха, а также район в Малом Море (Арал-Хобой). Отобраны образцы водной толщи и донных отложений на 14 станциях. Измерены концентрации метана в воде и донных отложениях, концентрации и компонентный состав поровых вод в разных слоях донных отложений, подготовлены фотоматериалы полученных кернов. Проанализирован химический состав 130 образцов поровых вод для характеристики условий среды обитания микробных сообществ, а также концентрации отдельных элементов (бора, лития, стронция) для оценки глубины источника флюида, поступающего в поверхностные слои осадочной толщи оз. Байкал. Кроме того, проанализирован химический состав в 13 образцах воды из средней и северной котловин для характеристики условий и определения образцов для экспериментальных исследований.

В районах естественных нефтепроявлений отобрано 10 образцов донных осадков и 20 проб из водной толщи. Полученные образцы использованы для постановки экспериментов по биодеградации полихлорированных бифенилов (ПХБ) микробными сообществами водной толщи и донных осадков районов нефтепроявлений в аэробных и анаэробных условиях, а также для определения наличия ключевых генов деструкции бифенилов в микробных сообществах в исследуемых образцах. Убыль ПХБ под воздействием микроорганизмов оз. Байкал будет оценена методом хроматографии. Накопительные культуры будут использованы для получения активных штаммов – деструкторов бифенилов. Все эксперименты поставлены в трех повторностях.

Выполнены посевы аэробных углеводородокисляющих микроорганизмов из проб воды и донных отложений, участвующих в деструкции углеводородов с различной длиной цепи. Отобрана поверхностная пленка жидких углеводородов, образцы донных осадков, содержащие нефть для последующего хроматографического анализа состава разгружающихся углеводородов. Полученные данные позволят оценить изменения, происходящие в районах нефтепроявлений в сравнении с полученными ранее.

Образцы донных осадков районов естественных нефтепроявлений также использованы для получения термофильных накопительных культур, окисляющих различные источники углерода (легкодоступные органические вещества, углеводородные газы и нефть).

Для оценки способности бактерий образовывать метан в аэробных условиях подготовлены образцы для выделения ДНК из разных слоев водной толщи в средней и северной котловинах, поставлены эксперименты по культивированию природных микробных сообществ с добавлением метиламинов в качестве субстрата. Проанализированы концентрации метана и некоторых ионов на 7 горизонтах каждой из станций.

Из водной толщи 7 районов озера Байкал (25 образцов), окисленных и восстановленных каналов в донных отложениях (9 образцов) сделаны посевы для выделения метанотрофных бактерий. Для получения байкальских видов аэробных метанотрофных бактерий использованы среда dNMS и среда для культивирования метанотрофов филы Verrucomicrobiota. Культивирование осуществляется при температурах (10 и 25℃) и разных концентрациях СН4 (1%, 5%, 20%) и СО2 (0%, 0.2%, 1%, 10%).

Для выделения метаногенных архей получено 10 образцов из разных районов Байкала. Для культивирования использованы среды с различными источниками энергии и углерода. Всего подготовлено 80 накопительных культур архей на специфичных средах с добавлением H2+CO2, ацетата, метанола и метиламинов.

Из осадков низкотемпературного источника в б. Фролиха отобраны образцы бесцветной серной бактерии рода Thioploca для последующего анализа ее генома и установления генетического разнообразия этого рода в осадках озера Байкал. Для изучения сопряженности серного цикла в осадочной толще озера Байкал и сероводородных наземных горячих источников профильтровано 70 л воды из источника Котельниковский (Т воды = +80 °С) для последующего выделения ДНК и геномного анализа, сделаны посевы для выделения термофильных микроорганизмов.

Осуществлен поиск родохрозитов в донных отложениях грязевого вулкана Санкт-Петербург и б. Фролиха. Получены образцы конкреций для анализа на сканирующем электронном микроскопе с использование EDAX для оценки элементного состава. Получены профили распределения химических параметров в осадках, вмещающих конкреции. Анализ сходства микробных сообществ из осадков формирования аутигенных карбонатов сидеритового и родохрозитового составов позволит обсудить механизмы их формирования и сопряженность с экологическими условиями среды.