Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Лимнологический институт Сибирского отделения Российской академии наук
+7 (3952) 42-65-04
info@lin.irk.ru
  • Главная
  • Научная деятельность
  • Основные научные результаты

Основные научные результаты

Наиболее важные научные результаты за 2016 г.

№ 0345–2014–0001 (гос. рег. 01201353441) «Исследование генетических, молекулярных, эволюционных и экологических аспектов представителей царства Chromista как основных продуцентов биогенного кремнезема и участников круговорота биогенных элементов водных экосистем», рук. - д.б.н, проф. Лихошвай Е.В.

1. Авторы результата: м.н.с. отдела ультраструктуры клетки Бессудова А.Ю., к.б.н., с.н.с. отдела ультраструктуры клетки Фирсова А.Д., к.г.н., с.н.с. лаб. гидрохимии и химии атмосферы Сороковикова Л.М., к.г.н., с.н.с. лаб. гидрохимии и химии атмосферы Томберг И.В.

Сведения об опубликовании: Бессудова А.Ю., Фирсова А.Д., Сороковикова Л.М., Томберг И.В. Чешуйчатые золотистые водоросли бассейна Нижнего Енисея и заливов Карского моря с элементами аутэкологии. Под ред. Лихошвай Е.В. Иркутск: Изд-во ин-та Географии им. В.Б. Сочавы СО РАН. - 2016. - 110с.

На основе данных электронной микроскопии и гидрохимии проведен анализ разнообразия хризофитовых, имеющих кремнистые чешуйки, из Нижнего Енисея, заливов Карского моря и термокарстовых озер бассейна Нижнего Енисея, дано их описание, экологические характеристики, указана встречаемость в других водоемах мира, обобщены и расширены данные об аутоэкологии видов ( рис. 1). Издание содержит 8 рисунков, 68 микрофотографий, 1 таблицу. Библиография состоит из 102 источников.

2. Авторы результата: [д.б.н, с.н.с. Г.И. Поповская], д.б.н., проф., зав. отдела ультраструктуры клетки Е.В. Лихошвай

Сведения об опубликовании: Popovskaya G.I., Genkal S.I., Likhoshway Ye.V. Diatoms of the Plankton of Lake Baikal. Atlas and Key. Trifonova I.S., Grawford R.M., eds. – Novosibirsk: Nauka. - 2016. - 180 р.

Вышла в свет исправленная и дополненная версия атласа-определителя планктонных диатомовых водорослей озера Байкал на английском языке ( рис. 2), содержащая исторический обзор, систематическую часть, качественные и количественные характеристики диатомового планктона в сезонной и межгодовой динамике в разных местах озера. Издание содержит 1 таблицу, 134 иллюстрации, 277 ссылок на литературные источники.

Рис. 1.

Рис. 2.

№ 0345–2014–0002 (гос. рег. 01201353444) «Молекулярная экология и эволюция живых систем Центральной Азии на примере рыб, губок и ассоциированной с ними микрофлоры», рук. - д.б.н, проф. Беликов С.И.

1. Авторы результата: к.б.н., н.с. лаб. аналитической биоорганической химии Майкова О.О. и др.

Сведения об опубликовании: O. Maikova, D. Sherbakov, S. Belikov. 2016. The complete mitochondrial genome of Baikalospongia intermedia (Lubomirskiidae): description and phylogenetic analysis // Mitochondrial DNA. Part B: Resources, 1(1): 569–570. DOI: 10.1080/23802359.2016.1172273

Показан значительный уровень корректности филогенетических реконструкций эволюционной истории байкальских губок Lubomirskiidae на основании данных о полных митохондриальных геномах (рис.). Наиболее вероятный диапазон образования современных видов приходится на плейстоцен (1.5-0.2 млн лет назад), ближайший общий предок которых дивергировал от Ephydatia muelleri около 3.6-1.3 млн лет назад. Наличие множественных инвертированных повторов в межгенных участках свидетельствует о высокой вероятности геномных перестроек в ходе эволюционного процесса. Продемонстрированы различия в представленности антикодонов в митохондриальных тРНК и в геноме губок. Этот факт свидетельствует о том, что в случае влияния состава кодонов на скорость трансляции соответствующих генов синонимичные мутации не являются нейтральными.

Рис. (a) Схема митохондриального генома байкальских губок. Длина геномов варьирует от 26500 до 29000 п.н. Длина межгенных районов варьирует от 7500 до 10000 п.н., что составляет 29-34% от длины генома. ( b) Байесовское дерево, основанное на 14 белок-кодирующих генах мтДНК. Цифры выше и левее узлов означают постериорные вероятности.

2. Авторы результата: к.б.н., с.н.с. лаборатории аналитической биоорганической химии Деникина Н.Н. и др.

Сведения об опубликовании : Denikina N., Nebesnykh I., Maikova O., Dzyuba E., Belkova N. Genetic diversity of Diplomonadida in fish of the genus Coregonus from East Siberia // Acta Parasitologica. – 2016. – Vol. 61(2). – P. 299–306.

Молекулярно-генетический анализ микробиома пищеварительной системы лососевидных рыб Восточной Сибири выявил единственного представителя Diplomonadida - Spironucleus barkhanus. Наряду с космополитным генотипом, характерным для лососевидных рыб Голарктики, у сиговых рыб оз. Байкал был выявлен значительно отличающийся генотип, последовательности которого с вероятностью 100% формируют отдельный кластер в кладе S. barkhanus (рис.). Современные представления о происхождении и эволюции рыб рода Coregonus в оз. Байкал позволяют сформулировать гипотезу о совместной эволюции рыб и представителей Diplomonadida. Вероятный предок сиговых рыб в озере был заражен S. barkhanus космополитного генотипа. Формирование родоспецифичного генотипа было обусловлено симпатрической изоляцией рыб рода Coregonus, связанной со значительным разнообразием экологических ниш в озере Байкал.

Рис. Байесово дерево, построенное на основании анализа фрагментов гена SSU rRNA длиной от 1430 п.н. представителей рода Spironucleus

№ 0345–2014–0003 (гос. рег. 01201353447) «Современное состояние, биоразнообразие и экология прибрежной зоны озера Байкал», рук. - д.б.н, проф. Тимошкин О.А.

1. Авторы результата: к.б.н., с.н.с. лаб. биологии водных беспозвоночных Анненкова Н.В.

Сведения об опубликовании: M. Kulikovskiy, H. Lange-Bertal, N. Annenkova, E. Gusev, J.P. Kociolek. 2016. Morphological and molecular evidence support description of two new diatom species from the genus Ulnaria in Lake Baikal // Fottea Olomouc, 16(1): 34-42.

На основе расшифрованных последовательностей, соответствующих фрагменту18S рДНК, из 4 прибрежных и 3 пелагических планктонных проб, проведена оценка общего разнообразия байкальских протистов и более детальный анализ их отдельных таксонов. При этом выявлено 1220 оперативных таксономических единиц (OTU). Наиболее разнообразными оказались страменопиллы и альвеоляты. Около 10% OTU имели менее 90% сходства с известными таксонами. Они могут принадлежать эндемичным протистам достаточно высокого таксономического ранга. Выявлен ряд групп, ранее для Байкала не известных, в частности простейшие из филума Телонемия и предствители группы так называемых морских страменопил - MAST. Кроме этого, в ходе ревизии широко распространенного в Байкале диатомового морфовида Synedra acus выявлено 2 новых вида ( Ulnaria ferefusiformis, соответствующая морфе, описанной как байкальская S. acus, и U. pilum). На примере байкальских моношовных диатомей показано, что шов как таксономический признак не играет решающей роли в систематике диатомовых водорослей, и его утрата в эволюции диатомовых водорослей происходила неоднократно.

Рис. Сходство байкальских OTU с последовательностями из всемирной базы данных SILVA 119.1. По оси х – процент сходства (%), по оси y – количество OTU.

2. Авторы результата: д.б.н., проф., зав. лаб. биологии водных беспозвоночных О.А. Тимошкин, д.б.н., с.н.с. Бондаренко Н.А., инженер лаб. биологии водных беспозвоночных Волкова Е.А. и др.

Сведения об опубликовании: Timoshkin O.A. et al. 2016. Rapid ecological change in the coastal zone of Lake Baikal (East Siberia): Is the site of the world's greatest freshwater biodiversity in danger? // Journal of Great Lakes Research, 42: 487-497.

Представлена междисциплинарная характеристика значительных перестроек в сообществах мелководной зоны в масштабах всего озера Байкал за период 2014 – 2015 гг., а именно: увеличение числа районов с массовой вегетацией спирогиры и других ранее не свойственных озеру водорослей, береговых выбросов гниющих макрофитов, гибель губок и моллюсков. Впервые обнаружена массовая вегетация бентосных цианопрокариот в приурезовой зоне, потенциально опасных для здоровья млекопитающих. Выявлено значительное санитарно-микробиологическое загрязнение интерстициальных и прибрежных вод, существенные нарушения в качестве очистки стоков по гидрохимическим и микробиологическим показателям, места скоплений ТБО и их потенциальное влияние на биоту заплесковой зоны озера. На видовом уровне представлены первые сведения по разнообразию рода Spirogyra и их распространению в Байкале и некоторых его притоках в современный период ( рис.). Исследование фертильных образцов спирогиры за период 2012-2016 гг. показало, что в Байкале наиболее распространенными являются прикрепленные формы S. fluviatilis, Spirogyra sp. fert. и сходные стерильные морфотипы, различающиеся шириной вегетативных клеток и степенью скрученности хлоропластов.

Рис . Карта распространения видов и внутривидовых таксонов спирогиры в Байкале. Станции: 1. пос. Култук, 2. м. Шаманский, 4. г. Слюдянка, 5. г. Байкальск, 6. пос. Ангасолка, 7. м. Половинный, 8. р. Ангара, 9. Зал. Лиственничный, 10. м. Тахной, 11. м. Березовый, 13. р. Черная, 15. бух. Большие Коты, 16. р. Большая котинка, 18. Варначка, 19. пос. Большое Голоустное, 22. бух. Песчаная, 23. пос. Бугульдейка, 24. зал. Тутайский (о-в Ольхон), 27. Бух. Перевозная (о-в Ольхон), 28. пос. Хужир (о-в Ольхон), 36. м. Толстый, 38. пос. Максимиха, 40. м. Святой нос, 41. м. Рытый, 43. м. Заворотный, 45. бух. Давша, 47. бух. Аяя, 55. Заречное, 56. Сеногда, 57. р. Тыя, 58. Байкал, южнее устья р. Тыи, 59. г. Северобайкальск, 60. Ярки

№ 0345–2014–0004 (гос. рег. 01201353443) «Структура, динамика формирования и метаболический потенциал сообщества микроорганизмов и фагов в биопленках пресноводных водоемов», рук. - к.б.н., доцент Парфенова В.В.

Авторы результата : к.б.н., в.н.с. лаб. водной микробиологии Белых О.И., к.х.н., с.н.с. лаб. хроматографии Федорова Г.А.

Сведения об опубликовании : Belykh O.I., Tikhonova I.V., Kuzmin A.V., Sorokovikova E.G., Fedorova G.A., Khanaev I.V., Sherbakova T.A., Timoshkin O.A. First detection of benthic cyanobacteria in Lake Baikal producing paralytic shellfish toxins // Toxicon. – 2016. – № 121. – P. 36-40. DOI: dx.doi.org/10.1016/j.toxicon.2016.08.015

Комплексом методов идентифицированы культуры цианобактерий, выделенные из обрастаний, массово развивающихся в последние годы на «больных» эндемичных губках и донных субстратах в оз. Байкал. В культурах и бентосных обрастаниях выявлены гены синтеза цианотоксинов (микроцистинов и паралитических токсинов моллюсков) и определены методами хромато-масс-спектрометрии массы вторичных метаболитов (более 60 соединений), включая токсины, пептиды, поликетиды ( рис.). Показано, что бентосные цианобактерии в оз. Байкал способны синтезировать токсины опасные для жизни и здоровья человека, а также разнообразные вторичные метаболиты, имеющие фармакологическую и биотехнологическую значимость, т.к. являются селективными блокаторами ферментов системы свертывания крови и пищеварения у млекопитающих.

Рис. а) Дендрограмма филогенетических взаимоотношений бентосных (кластер, стрелка) и планктонных (жирный шрифт) цианобактерий из оз. Байкал и цианобактерий из базы данных Genbank по структуре гена синтеза сакситоксина sxtA, построенная методом ML; б, в) цианобактериальные обрастания камней, ветвистых и корковых губок.

Авторы результата : к.б.н., н.с. Суханова Е.В., асп. Зименс Е.А.

Показано наличие генов поликетидсинтаз (PKS) – мультиферментных комплексов, участвующих в синтезе вторичных метаболитов, у 25% гетеротрофных штаммов из коллекции бактерий (176 шт.), изолированных из биопленок твердых субстратах оз. Байкал. Наиболее высоким содержанием PKS-генов отличались Firmicutes ( Bacillus, Paenibacillus) – 40% от общего количества штаммов филума, PKS гены выявлены у 20% штаммов Proteobacteria и Bacteroidetes, у 12% Actinobacteria. Среди последовательностей PKS генов обнаружены гены, кодирующие синтез 20 антибиотиков и противоопухолевых агентов. Сходство последовательностей PKS генов из оз. Байкал с представленными в Genbank составляет 53–100%, что может свидетельствовать о присутствии в бактериях биопленок как генов, кодирующих синтез новых биоактивных метаболитов поликетидной природы, так и уже известных, имеющих практическое применение в биотехнологии и медицине.

Рис. Древо, построенное методом NJ на основе сравнения аминокислотных последовательностей PKS байкальских гетеротрофных штаммов, изолированных из биопленок твердых субстратов (выделены жирным шрифтом), и последовательностей из базы данных Genbank. Числа в узлах дерева соответствуют величинам бутстреп-поддержек. Масштаб эволюционных расстояний соответствует 10 заменам на каждые 100 п.н.

№ 0345–2014–0005 (гос. рег. 01201353448) «Теоретическое и экспериментальное исследование популяционной и экологической генетики байкальских эндемиков», рук. - д.б.н. Щербаков Д.Ю.

Авторы результата : к.б.н., н.с. лаб. геносистематики Романова Е.В., д.б.н., зав. лаб. геносистематики Щербаков Д.Ю.

Сведения об опубликовании : Romanova E.V., Aleoshin V.V., Kamaltynov R.M., Mikhailov K.V., Logacheva M.D., Sirotinina E.A., Gornov A.Yu., Anikin A.S., Sherbakov D.Yu. 2016. Evolution of mitochondrial genomes in Baikalian amphipods // BMC Genomics. DOI: 10.1186/s12864-016-3357-z

При сравнении полных митохондриальных геномов десяти видов эндемичных байкальских амфипод показано, четыре из них имеют по одной дополнительной копии разных тРНК генов. Сравнение процента идентичности копий позволило предположить, что некоторые из них, вероятно, были подвержены ремолдингу, то есть в эволюции после дупликации гена транспортной РНК происходила как минимум одна не синонимическая мутация в антикодоне. Как видно на рис., в результате в рамках кластеров синонимичных тРНК появились тРНК измененной специфичности. Поскольку аминоацил тРНК синтетазы узнают всю тРНК, а не её антикодон, такие мутации приводили к тому, что в части положений митохондриальных генов одна, исходная, аминокислота заменялась на другую, что означало изменение генетического кода. Полученные результаты представляют существенный теоретический интерес и превращают байкальских амфипод в перспективную модель для исследования ранних этапов биологической эволюции.

Рис. Кластеризация совместно выравненных тРНК байкальских амфипод. Цвет кластера соответствует аминокислоте, которую переносит тРНК. Кластеризация проводилась методом максимального правдоподобия (PHYML) с использованием оптимальной модели молекулярной эволюции, выбранной с помощью jModeltest.

№ 0345–2014–0006 (гос. рег. 01201353450) «Экспериментальные исследования геномов и протеомов», рук. - академик Грачев М.А.

1. Автор результата: к.б.н., с.н.с. отдела ультраструктуры клетки Галачьянц Ю.П.

Проведен анализ встречаемости коротких слов (kmer) в последовательностях ДНК, полученных при секвенировании геномной фрагментной библиотеки диатомовой водоросли Synedra acus. Парные прочтения Illumina HiSeq 2500 длиной 2x125н.о. были получены для 73млн фрагментов геномной ДНК S. acus. Итоговое среднее покрытие генома S. acus составило ~100 крат. Показано, что наблюдаемые частоты встречаемости kmer хорошо описываются моделью диплоидного генома протяженностью 97 млн.н.о. с долей повторов 40% и частотой гетерозиготных сайтов 0.873% (рис.). Учитывая, что в геномной сборке S. acus общая протяженность повторяющихся последовательностей не превышает 5%, можно предположить, что геном этой диатомеи претерпел частичную или полную дупликацию. Об этом свидетельствуют пики kmer высокой кратности (~160x и 220x), которые соответствуют гетеро- и гомозиготным областям дуплицированных частей генома.

Рис. Профиль частот встречаемости kmer (k=21н.о.) в библиотеке геномной ДНК S.acus


2. Авторы результата: к.х.н., с.н.с. лаб. хроматографии Федорова Г.А., вед. инженер лаб. хроматографии Беликова А.C., академик Грачев М.А.

Сведения об опубликовании : Fedorova G.A., Korneva E.S., Belikova A.S., Grachev M.A. Identifying N-terminal peptides by a combination of the edman procedures with a bromine isotope tag: Application to the silicateins // Protein Science. DOI: 10.1002/pro3037

Для установления структуры N-концевых последовательностей белков предложен метод, основанный на комбинации реакции Эдмана с масс-спектрометрией. Методика заключается в модификации белка фенилизотиоцианатом (ФИТЦ); обработке модифицированного белка трифторуксусной кислотой (ТФУ) и удалении модифицированного N -концевого аминокислотного остатка белка; модификации укороченного белка 4-бромфенилизотиоцианатом (4-Br-ФИТЦ) по открытой ά-аминогруппе N -концевого пептида. Полученный продукт подвергают обработке трипсином и идентифицируют N-концевые пептиды по характерной форме масс-спектра, которая определяется дублетом, обусловленным примерно равным природным соотношением изотопов 79Br and 81Br (50.7:49.3).

Все стадии реакции проводятся в полиакриламидном геле. С помощью разработанной техники были экспериментально подтверждены предсказанные (по мРНК) N-концевые последовательности 4-х зрелых силикатеинов, входящих в состав кремнистой спикулы эндемичной байкальской губки Lubomiskia baicalensis.

Рис. А – масс-спектр трипсиновых пептидов силикатеинов ά1, ά2, ά3, ά4 кремниевых спикул байкальской пресноводной губки L. baicalensis, модифицированных по данной методике; Б – изотопное распределение N -концевых пептидов, содержащих атом брома; В – фрагментный спектр пептида Br-ФИТЦ-ADSLDWR.

№ 0345–2014–0007 (гос. рег. 01201353446) «Изменение абиотических и биотических характеристик экосистемы озера Байкал под влиянием природных и антропогенных факторов», рук. - д.г.н., проф. Ходжер Т.В.

Авторы результата от ЛИН СО РАН: лаб. гидрохимии и химии атмосферы - к.г.н., с.н.с. Домышева В.М., к.г.н., с.н.с. Сороковикова Л.М., к.г.н., с.н.с. Томберг И.В., к.г.н., н.с. Сакирко М.В., к.г.н., н.с. Онищук Н.А, зав. лаб., д.г.н. Ходжер Т.В.; лаб. гидрологии и гидрофизики - к.г.н. Синюкович В.Н.; отдел ультраструктуры клетки - к.б.н., с.н.с. Усольцева М.В., вед. инж. Титова Л.А.

Сведения об опубликовании : Сороковикова Л.М. и др. 2016. Особенности химического состава вод и фитопланктон озер дельты р. Селенги // География и природные ресурсы, 3:78-85; Khodzher T.V. et al. 2016. Methods for monitoring the chemical composition of Baikal water // Novel Methods for Monitoring and Managing Land and Water Resources in Siberia , 113-132.

Комплексными исследованиями, проведенными в весенний период 2013-2016гг. на 20 глубоководных станциях в пелагиали Байкала, установлено: межгодовые изменения биогенных элементов, органического вещества в верхнем 200-метровом слое связаны с интенсивностью развития фитопланктона; распределение в водной толще глубже 200 м стабильны и сравнимы с результатами предыдущих лет (1998-2012гг.).

Рис. Содержание минерального фосфора мкг/дм3 в пелагиали озера, 2013-2015 гг.

Биомасса и численность фитопланктона в 2014-2016 гг. в целом по Байкалу соизмеримы со среднемноголетними данными 1964-1990 гг. Абсолютным доминантом в Южном, Среднем и большей части Северного Байкала былаSynedra acus subsp. radians. Приток воды в среднюю и южную котловины озера с р. Селенгой за последние годы снизился на 30-40%, в северную с реками Верхняя Ангара, Кичера - на 20-30 %. В условиях низкой водности в воде главных притоков снизился вынос биогенных элементов, органических соединений в Байкал. В поступлении фосфора преобладают органические соединения, доля минерального фосфора уменьшилась с 40% (1980-е гг.) до 9,8-15,5 % (2012-2015 гг.).

Таблица - Межгодовые изменения водного стока, поступления общего, минерального фосфора и органического углерода в Байкал с водами р. Селенги

Годы

Рмин, т

Робщ, т

Рмин от Робщ, %

Сорг, тыс. т

Водный сток, км3

1983-1984*

240

600

40

167

28,8

2012

290

2940

9,9

265

26,4

2013

314

3200

9,8

298

29,3

2014

154

1000

15,4

74

18,6

2015

131

900

14,6

53

14,8

*Тарасова, Мещерякова, 1992

Из-за лесных пожаров, охвативших Прибайкалье в последние годы, поступление азота на акваторию Байкала с газовыми примесями и аэрозолем в 2013-2016 гг. возросло в 4 раза по сравнению с 1980-ми гг. Среди идентифицированных 16 ПАУ в аэрозоле над озером доминировали нафталин и фенантрен (20-80%), среди компонентов горения - флуорантен и пирен (20-50 %).

2. Авторы результата: Макаров М.М., к.г.н. Гранин Н.Г., Кучер К.М., Асламов И.А., Гнатовский Р.Ю. (лаборатория гидрологии и гидрофизики)

Сведения об опубликовании : Makarov M.M., Muyakshin S.I., Kucher K.M., Aslamov I.A., Gnatovsky R.Y., Granin N.G. 2016. Bubble gas escapes from the bottom of Lake Baikal, dependence of gas flare height on methane flux // Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 9(3): 32—41.

По результатам многолетних гидроакустических съемок районов пузырьковой разгрузки метана построена карта распределения пузырьковых выходов газа (ПВГ) в Байкале, предложена новая их классификация. ПВГ разделены на три группы: мелководные (от 0 до 380 м), промежуточные (от 380 до 1000 м), глубоководные (от 1000 до 1400 м). Анализ полученных данных позволил установить зависимость между высотой факела и расходом метана на границе дно-вода. При высоте факелов 100-300 м расход ПВГ составляет 1-30 т/г, при высотах 500-900 м расход увеличивается до 30-110 т/г. Факелы с глубин 900-1300 м при расходах 30-100 т/г. не поднимаются выше глубины устойчивости газовых гидратов (380 м), хотя при сравнимых потоках факелы с глубин 400-600 м почти всегда достигают поверхности ( рис.).

H = H0 + K * log (KG)

Рис . Зависимость высоты факела от расхода газа. Уравнение аппроксимации H 0 – глубина места ПВГ для определения подгруппы факелов, K – коэффициент регрессии, KG(Konsumption gas) – расход газа, т/г.


3. Авторы результата: к.х.н., зав. лаб. хроматографии Горшков А.Г., к.б.н., с.н.с отдела ультраструктуры клетки Шишлянников С.М., к.б.н., зав. лаб. ихтиологии Дзюба Е.В.

Сведения об опубликовании: Shishlyannikov S.M., Nikonova A.A., Klimenkov I.V., Gorshkov A.G. 2016. Accumulation of petroleum hydrocarbons in intracellular lipid bodies of the freshwater diatom Synedra acus subsp. Radians // Environmental Science and Pollution Research, 1-9. DOI: 10.1007/s11356-016-7782-y; Кустова О.В., Захарова Ю.Р., Дзюба Е.В., Горшков А.Г. 2016. Оценка уровня Полихлорированных бифенилов в озере Байкал на современном этапе // Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Иркутской области в 2015 году». 279-280. Иркутск: ООО Изд-во "Время странствий".

Для контроля полихлорированных бифенилов (ПХБ) в водной экосистеме озера в качестве биомонитора предложен байкальский омуль Coregonus migratorius (Georgi, 1775). По данным биомониторинга уровень ПХБ в воде озера Байкал сопоставим с уровнем поллютантов этого класса в высокогорных озерах Южной и Центральной Европы. Предложен механизм сохранения чистоты вод Байкала, который в случае полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) реализуется через аккумуляцию загрязняющих веществ в липидных телах диатомовых водорослейSynedra acus subsp. radians .

b

a, b, d – эпифлуоресцентная микроскопия; c – лазерная конфокальная микроскопия; а, c –культивирование в присутствии сырой нефти, b –без добавления нефти. d – окраска липидных тел нильским. Липидные тела показаны белыми стрелками.

Рис . (а) Накопление индикаторных конгенеров ПХБ в кумже из озер национальных парков США (Аляска), высокогорных озер Норвегии, Южной, Центральной Европы и в омуле из озера Байкал. Определение ПХБ методом GC-MS-MRM. (b) Аккумуляция ПАУ в липидных телах диатомовой водоросли Synedra acus subsp. radians.


№ 0345–2014–0008 (гос. рег. 01201353442) «Реконструкция изменений природной среды и аквальной биоты Восточной Сибири в голоцене», рук. – д.г.-м.н. Федотов А.П.

Авторы результата : к.б.н., с.н.с. лаб. ихтиологии Суханова Л.В., к.б.н., с.н.с. лаб. ихтиологии Кирильчик С.В., к.б.н., н.с. лаб. ихтиологии Толмачева Ю.П., инженер лаб. ихтиологии Петухов С.Ю., д.г.-м.н., зав. лаб. палеолимнологии Федотов А.П.

Сведения об опубликовании Sukhanova L.V. et al. 2015. Reconstruction of glacier advance in Northern Baikal area (East Siberia, Russia) in the Pleistocene inferred from mitochondrial DNA polymorphisms of Baikal grayling (Salmonidae: Thymallus baicalensis) // Quaternary International, 420C: 242-248. DOI: 10.1016/j.quaint.2015.09.056

На основе определения времени изоляции популяций хариуса (по данным нуклеотидных последовательностей митохондриальной ДНК) в приледниковом озере Гитара (Байкальский хр., ледник Черского) и высокогорных озерах Прибайкалья в сравнении с распространенностью флювиогляциальных отложений на побережье оз. Байкал (рис.), высказана гипотеза о максимальном оледенении горного обрамления Северного Байкала. Предполагается, что максимальное выдвижение ледников в Байкал соотносится с самаровским оледенением.

Рис. Левая панель - филогенетическое дерево группировки хариуса относительно мест их обитания в Байкальском регионе. Популяции, обитающие в высокогорных озерах, образуют отдельный кластер (верхний на диаграмме). Правая панель - распределение флювиогляциальных отложений на побережье Северного Байкала и их возрастные оценки (по литературным данным).


2. Автор результата: к.г.н., с.н.с. лаборатории геологии Байкала Осипов Э.Ю.

Сведения об опубликовании: Осипов Э.Ю., Осипова О.П., Клевцов Е.В. Инвентаризация ледников Восточного Саяна по материалам космических съемок. Лёд и снег (в печати).

На основе многоканальных космических изображений Landsat, цифровой модели рельефа SRTM с использованием ГИС-технологий впервые составлен электронный каталог ледников бассейна р. Оки (Восточный Саян) по состоянию на 2000 г. Определены морфологические характеристики ледников, составлена электронная база данных. Получены количественные оценки изменения ледниковой площади с конца Малого ледникового периода до 2010 г. (рис. ). Установлено, что наиболее интенсивная дегляциация наблюдалась в 1990-2000 гг., а незначимое увеличение площади в 2000-2010 гг. Был сделан вывод о согласованности изменения площади ледников с изменениями сумм зимних осадков и средней летней температуры. Полученные результаты будут использованы при гляцио-климатическом моделировании.

Рис . Относительные изменения площади ледников бассейна р. Оки с конца Малого ледникового периода (~1850 г.) до 2010 г.


№ 0345–2014–0009 (гос. рег. 01201353445) «Геобиохимические исследования циклов метана и других углеводородов в зонах подводной разгрузки, их роли в формировании биологических сообществ абиссальной зоны озера Байкал», рук. - д.б.н. Земская Т.И.

1. Авторы результата: зав. лаб. геологии озера Байкал Хлыстов О.М., к.б.н., н.с. лаб. микробиологии углеводородов Черницына С.М.

Сведения об опубликовании: Хабуев А.В., Ченский Д.А., Соловьева М.А., Белоусов О.В., Кононов Е.Е., Хлыстов О.М. 2016. Оценка ресурсов газовых гидратов геофизическими методами в зоне подводной разгрузки газа на сипе «Красный яр» озера Байкал // Известия Сибирского Отделения Секции наук о Земле РАЕН, 1: 67-74; Черницына С.М., Мамаева Е.В., Ломакина А.В., Погодаева Т.В., Галачьянц Ю.П., Пименов Н.В., Хлыстов О.М., Земская Т.И. 2016. Филогенетическое разнообразие микробных сообществ в донных отложениях Посольской банки озера Байка // Микробиология, 85(6): 652-662. DOI: 10.7868/S0026365616060069

Завершена разработка и апробация поисковых признаков гидратоносных структур озера Байкал геолого-геофизическими методами. В 2013-2016 гг. на дне озера Байкал открыто 18 новых гидратоносных структур, установлены разнообразные пути миграции метансодержащего флюида. Установлено, что грязевой вулканизм и сипы имеют различия в масштабах гидратообразования и тепловых потоков и значительно влияют на структуру микробных сообществ в этих зонах. Сравнение масштабов гидратообразования и геотермических значений в районе грязевого вулкана «Новосибирск» и сипа «Красный Яр-1» показало наличие аномально повышенного теплового потока, который в большей степени связан с переносом тепла газонасыщенным флюидом в зоне локальной его разгрузки, а не с грязевулканическим потоком или формированием гидратов вблизи поверхности дна.

Рис. Схема расположения сипов «Красный Яр-1, 2, 3» на батиметрической схеме и мозаики гидролокатора бокового обзора (ГБО). Желтым пунктиром выделено гидратное поле, заливкой показаны геотермальные значения. Белый круг - места отбора кернов и измерений теплового потока.

Авторы результата: асп. Захаренко А.С., д.б.н., зав. лаб. микробиологии углеводородов Земская Т.И., с.н.с. отдела ультраструктуры клетки к.б.н. Галачьянц Ю.П.

На основе анализа библиотек генов 18S и 16S rRNA исследована структура и разнообразие планктонных сообществ водной толщи в районах метанового и нефтяного сипов, расположенных в Южном и Среднем Байкале. Состав основных таксонов планктонных эукариот соответствует данным, полученным с использованием стандартных гидробиологических методов. Анализ библиотек генов 16S rRNA бактерий показал сходство состава сообществ из разных слоев водной толщи на уровне крупных таксонов. В придонной области в зоне повышенных концентраций метана отмечено наличие канонических протеобактериальных метанотрофов, принадлежащих классам Gamma- и Alphaproteobacteria, которые образовывали единый кластер с метанотрофными бактериями из донных отложений. Наличие мембрансвязанной метанмонооксигеназы отмечено у широкого спектра видов метанотрофных бактерий, формирующих на филогенетическом древе три кластера. Наиболее многочисленными были последовательности гена pmoA, имеющие низкий процент сходства с видом Methyloglobulus morosus (90%) из озера Констанс, способного фиксировать молекулярный азот и использовать метан и метанол в качестве единственного источника энергии и углерода. Структура гена mxaF в исследуемых сообществах варьировала незначительно, последовательности этого гена имели наибольшее сходство с таковыми рода Methylobacterium.

Рис. Филогенетическое дерево, построенное на основании транслированных аминокислотных последовательностей фрагмента гена pmoA из района II.

Использован метод объединения ближайших соседей. Эволюционные расстояния были рассчитаны с использованием метода Пуассона (500 альтернативных деревьев); значения менее 60% не указаны. Масштаб соответствует 1 аминокислотной замене на каждые 100 аминокислот. Эволюционный анализ был проведен с помощью программы MEGA7.

№ 0345–2014–0010 (гос. рег. 01201353449) «Биогеохимическое взаимодействие береговых и аквальных биогеоценозов Южного Байкала, роль природных и антропогенных факторов», рук. - к.г.-м.н. Сутурин А.Н.

В результате ландшафтно-геохимических исследований побережья Южного Байкала выявлены типы антропогенных биогеоценозов. Формирующиеся в них миграционные потоки элементов оказывают влияние на экосистему озера. На Селенгинском промузле с использованием геофизических и геохимических методов показана стабильность состава поверхностных водотоков, слабое влияние промвыбросов. Выявлен расширяющийся купол загрязнённых подземных вод под золошлакошламоотстойником (ЗШШО). На рисунке показан характер распределения элементов в зольной пульпе, прудах ЗШШО к наблюдательным скважинам вокруг отстойника. На основании анализа данных ландшафтно-геохимических и геофизических исследований предложена сеть перехватывающих скважин, решающих проблему загрязнения р. Селенги и оз. Байкал. Стоимость реализованного предложения 32 млн руб. против ранее затребованных 5 млрд 380 млн руб.

Рис. Минерализация, концентрации главных и некоторых следовых химических элементов в воде пульпы, резервуара ЗШШО, скважин на территории ЗШШО и СЦКК, р. Селенги, р. Чернушки, р. Вилюйки и оз. Байкал. Шифры, помеченные символом * (звёздочка) – пробы, отобранные в октябре 2016 г., остальные – пробы, отобранные в мае 2016 г.

На основании ландшафтно-геохимических исследований побережья Южного Байкала, сопряженных с геофизическими работами и водолазным обследованием акватории озера, выделено три типа наземных биогеоценозов и определён характер их влияния на аквальные биогеоценозы. Территория г. Байкальска и БЦБК относится к антропогенным промышленным биогеоценозам с дифференцированным влиянием на литораль озера площадки предприятия, полигонов отходов и инфраструктуры города. Участок КБЖД относится к типу слабо нарушенных территорий с минимальным воздействием на литораль озера. Район п. Листвянка является примером населённого пункта с отсутствующей природоохранительной инфраструктурой. Антропогенный пресс на грунтовые воды посёлка проявляется в их субаквальной разгрузке, химическом и микробиологическом загрязнении дна литорали, являющихся причиной смены типичных для байкальской литорали бентосных сообществ. Микробиологическое загрязнение литорали более контрастно, чем химическое.

Рис. Концентрация растворённых химических элементов (панель а) и микробиологических показателей (панель б) в интерстициальной, придонной и поверхностной воде на трансектах. БВ – глубинная вода Байкала. Пунктирной линией показаны санитарно-гигиенические нормативы микробиологических показателей.

0345–2015–0029 (гос. рег. АААА-А15-115122810223-2) «Высокоразрешающее картирование дна Байкала: подводные оползни, каньоны, террасы и мореные комплексы как индикаторы изменений уровня озера», рук. - к.г.-м.н. Осипов Э.Ю., Хлыстов О.М.

Авторы результата : зав. лаб. геологии оз. Байкал Хлыстов О.М., к.г.н., с.н.с. лаб. геологии оз. Байкал Осипов Э.Ю., к.г.н., вед. инж. лаб. геологии оз. Байкал Кононов Е.Е., техник Казаков А.В.

Сведения об опубликовании : Хлыстов О.М. и др. 2016. Геолого-геоморфологические особенности Посольской банки и Кукуйской гривы озера Байкал // Геология и геофизика, 57(12): 1229 – 1239. DOI: 10.15372/GiG20161207; Хлыстов О.М. и др. 2016. О рельефе и генезисе подводной возвышенности Муринская банка (Южный Байкал) // География и природные ресурсы. (в печати).

На основе высокоразрешающих батиметрических данных, впервые полученных с помощью многолучевого эхолота в Южной котловине озера, построена геоморфологическая карта подводного склона южного побережья ( рис.). Выделено 4 основных генетических типа подводного рельефа, связанных с этапами развития озера: (1) унаследованный от наземного рельефа (хребты и ложбины); (2) фрагменты древней поверхности авандельт и пологих склонов; (3) формы, созданные в результате эрозионно-денудационных подводных процессов (каньоны, крутые склоны); (4) современные авандельты рек с фрагментами древних аллювиальных-озерных образований (гряды, возвышенности). Анализ данной карты и аналогичных схем для авандельты р. Селенга, с учетом данных сеймоакустического профилирования, указывает на большую роль в формировании современного рельефа дна озера древних дельтовых систем с их последующей переработкой тектоническими и подводными эрозионными процессами. Крупные подводные возвышенности (Муринская банка, Посольская банка и Кукуйская грива) отнесены к погребенным остаткам древних дельтовых образований, а не к локальным тектоническим поднятиям дна, как считалось ранее.

Рис. Геоморфологическая схема западной части Южного Байкала совмещенная с обработанной ЦМР SRTMv.4 суши. Цветом и штриховкой показаны основные формы рельефа: 1 – современная глубоководная равнина, 2 - склоны, 3 – фрагменты древних авандельт и пологих склонов, 4 - унаследованные формы рельефа, 5 - современные конусы выноса, 6 – древние аллювиально-озерные образования, 7 - каньоны, 8 – уступы.

№ 0345–2015–003 0 (гос. рег. АААА-А15-115122810225-6) «Исследование структурно-функциональных особенностей биологических сообществ глубинной зоны озера Байкал и оценка их адаптационных возможностей», рук. - д.б.н. Земская Т.И.

Авторы результата: к.б.н., н.с. лаб. микробиологии углеводородов Шубенкова О.В., асп. Захаренко А.С., к.б.н., с.н.с. Павлова О.Н., асп. Букин С.Ю.

Сведения об опубликовании: Bukin S.V., Pavlova O.N., Manakov A.Y, Kostreva E.A., Chernitsyna S.M., Mamaeva E.V., Pogodaeva T.V., Zemskaya T.I. 2016. The ability of microbial community of Lake Baikal bottom sediments associated with gas discharge to carry out the transformation of organic matter under thermobaric conditions // Frontiers in Microbiology, 7(690):1–18.

Проведена серия экспериментов по исследованию влияния С1 соединений, органического вещества и форм связанного азота на природные микробные сообщества из осадков метанового сипа Посольская Банка. Показано, что в аэробных психрофильных условиях развитие метано-, метилотрофных бактерий зависит от концентраций метана и метанола в среде, при концентрации 0.5% метанола происходило угнетение роста облигатных метанотрофов и развитие метилотрофных бактерий. Помимо ключевых групп, участвующих в ассимиляции метана и метанола, в сообществе обнаружено присутствие представителей других таксонов, которые так же оказываются вовлеченными в цикл С1 соединений. В анаэробных термобарических условиях культивирование в атмосфере метана приводит к отсутствию жизнеспособных микроорганизмов, развитие прокариот наблюдается только при наличии в субстрате органического вещества, водорода и углекислого газа. Полученные данные свидетельствуют о широком спектре микроорганизмов в абиссальной зоне озера Байкал, вовлеченных в цикл метана.

Рис. Влияние газовой фазы и источников органического вещества на развитие микробного сообщества в аэробных (А) и анаэробных термобарических условиях (Б). (1) Филогенетическое дерево нуклеотидных последовательностей гена 16S рРНК, полученных из накопительной культуры метилотрофных байкальских бактерий (выделено красным цветом). Черным жирным цветом обозначены байкальские последовательности, выделенные ранее из районов газо – и нефтепроявлений озера Байкал. Цифрами указана достоверность ветвления, установленная с помощью “bootstrap - анализа” 100 альтернативных деревьев.

№ 0345–2015–0031 (гос. рег. АААА-А15-115122810221-8) «Клеточные и молекулярные механизмы морфогенеза диатомей», рук. - академик Грачев М.А.

Авторы результата от ЛИН СО РАН : вед. инженер отдела ультраструктуры клетки Марченков А.М., к.б.н., н.с. отдела ультраструктуры клетки Петрова Д.П., академик РАН Грачев М.А.

Авторы результата от ИХБФМ СО РАН : к.б.н., н.с. Бондарь А.А. (центр коллективного пользования "Геномика" СО РАН)

Сведения об опубликовании: Марченков А.М., Бондарь А.А., Петрова Д.П., Хабудаев К.В., Галачьянц Ю.П., Захарова Ю.Р., Волокитина Н.А., академик Грачев М.А. 2016. Необычная конфигурация генов белка транспорта кремния у пресноводной пеннатной диатомеи Synedra acus subsp. radians // Доклады Академии Наук, 471(2): 238-240.

В геноме пресноводной бесшовной диатомеи Synedra acus subsp. radians показаны два мультиплицированных гена sit-tandem (sit-td) и sit -triplet (sit-tri), расположенных в одной хромосоме. Предсказанные аминокислотные последовательности SIT-TD и SIT-TRI состоят из двух и трех структурных элементов SIT, каждый из которых гипотетически может выполнять роль функциональной единицы, переносящей кремний. Вероятно, гены sit-td и sit-tri у S. acus subsp. radians произошли в результате дупликации и дивергенции одной части. Такая сложная структура гена транспортера кремния показана впервые.

Рис . Схема экспрессии генов sit в геноме S . acus subsp. radians. Вверху – предположительная внутренняя организация кластера и локализация SIT элементов 1A, 1B и 2 в предсказанных аминокислотных последовательностях. Элементы 1В и 2 образуют в последовательность SIT-TD и элементы 1А, 1В и 2 - SIT-TRI. Стрелками – ОРС; серые блоки – прямые повторы, черный блок – остаток ретровирусного транспозона. Стрелочкой указан ген sit 1, который был идентифицирован ранее в работе (Грачев и др., 2002). Волнистой штриховкой в sit1 и фрагменте гена sit- tri указано место локализации при их выравнивании. CMLD и GXQ – гипотетические мотивы активного центра транспортера кремния (SIT). Вертикальной штриховкой показаны идентичные участки белков SIT-TD и SIT-TRI.

№ 0345–2015–0032 (гос. рег. АААА-А15-115122810224-9) «Исследование микробиоты эндемичных керчаковых рыб (Сottoidei) озера Байкал», рук. - к.б.н. Дзюба Е.В.

Авторы результата: к.б.н., зав. лаб. ихтиологии Дзюба Е.В. и др.

Сведения об опубликовании: Дзюба Е.В., Белькова Н.Л., Деникина Н.Н. 2016. Исследование кишечных микробиомов голомянок (Cotoidei, Comephoridae) озера Байкал // Изв. РАН. Сер. Биол., 6: 658-662. DOI: 10.1134/S106235901606008X

Проведен сравнительный анализ кишечных микробиомов представителей байкальского эндемичного семейства Comephoridae, характеризующихся кардинальными различиями в метаболизме липидов при идентичных условиях обитания и образе жизни: большой и малой голомянок. Получено невысокое разнообразие доминирующих филотипов, являющихся общими для микробиомов обоих видов (рис.). Среди минорных у малой голомянки выявлен филотип Akkermansia, являющийся метаболическим маркером липидного обмена, свидетельствующим о низком содержании глюкозы и липидов в крови, здоровом метаболическом статусе человека и животных. Детектируемые в кишечном микробиоме большой голомянки Alistipes,Bacteroides, Chryseobacterium, Prevotella и Peptoniphilus накапливают внутриклеточно липиды в легко усвояемой для организма хозяина форме, что может приводить к увеличению его массы тела. Полученные данные позволяют предположить участие этих микроорганизмов в процессах метаболизма липидов у голомянок, определяющих их морфофизиологические адаптации к пелагическому образу жизни.

Рис. Представленность доминирующих (a) и минорных ( b) филотипов в кишечных микробиомах голомянок.


№ 0345–2015–0033 (гос. рег. АААА-А15-115122810220-1) «Сравнительное исследование формирования и эволюции снежно-фирнового покрова на ледниках Восточной Антарктиды и Восточной Сибири в условиях современных климатических изменений», рук. - д.г.н., проф. Ходжер Т.В., к.г.н. Осипов Э.Ю.

1. Авторы результата: д.г.н., проф., зав. лаб. гидрохимии и химии атмосферы Ходжер Т.В. и др.

Сведения об опубликовании: Голобокова Л.П., Полькин В.В., Онищук Н.А., Хуриганова О.И., Тихомиров А.Б., Терпугова С.А., Полькин В.В., Турчинович Ю.С., Радионов В.Ф. 2016. Химический состав аэрозоля в приземном слое прибрежной зоны Восточной Антарктиды // Лед и Снег. 56(2): 177-188.

Проведено исследование пространственно-временной изменчивости содержания аэрозоля морского происхождения в снежно-фирновом покрове индоокеанского сектора Восточной Антарктиды вдоль профиля Прогресс-Восток. Впервые по содержанию натрия в снежно-фирновом покрове района исследования были реконструированы изменения интенсивности циркуляции в индоокеанском секторе Восточной Антарктиды за последние 200 лет. Выявлен отрицательный тренд изменения интенсивности атмосферной циркуляции с 40-летней периодичностью. Установлено четыре максимума циркуляционной активности, сопровождающейся усиленным переносом морских воздушных масс: 1810-1860, 1880-1900, 1940-1950 и 1980-2000 гг. Выявлена синхронность в изменении интенсивности атмосферной циркуляции в индоокеанском секторе Восточной Антарктиды в XX веке со сменой циркуляционных эпох в Сибирском секторе Северного полушария.

Рис. А) Анализируемые разрезы (снежно-фирновые керны и шурфы) в Восточной Антарктиде; Б) временные ряды (с годовым осреднением) потоков Na + в разрезах, где (1) абсолютные значения потоков Na+ в трех коротких (1976-2013 гг.) кернах; (2) аномалии потоков Na+ (в стандартных отклонениях) в двух длинных (1636-2009 гг.) кернах.

2. Автор результата: к .г.н., с.н.с. лаб. геологии оз. Байкал Осипов Э.Ю.

Проведены исследования снежно-фирнового покрова на леднике №18, расположенном на северо-восточном склоне массива Пик Топографов (Восточный Саян). Ледник находится на высоте 2320-2950 м и является вторым по площади (0.93 км2) и первым по длине (2.01 км) ледником Восточного Саяна. По гляциологическим данным летний баланс массы в июле-августе составил 163 см в.э. В результате изучения разрезов 2-х шурфов в области аккумуляции были получены новые данные о строении снежно-фирновой толщи и условиях льдообразования, в вертикальных профилях измерены плотность и концентрация главных ионов (рис.). Анализ химического состава снега показал наличие интенсивной миграции подвижных ионов (в результате инфильтрации) вниз по разрезу и вниз по леднику (горизонтальный сток) и их аккумуляции на горизонтах вмывания (ледяных прослоях). Особенности строения и состава разрезов свидетельствуют о наличии инфильтрационной и инфильтрационно-конжеляционной зон льдообразования. Полученные экспериментальные данные будут использованы в гляциоклиматическом моделировании.

Рис. Стратиграфия снежно-фирновой толщи (А), плотность (Б) и химический состав (В) в разрезах 2-х шурфов ледника №18


№ 0345–2015–0034 (гос. рег. АААА-А15-115122810228-7) «Комплексные исследования различных геосистем Сибири в условиях меняющегося климата и техногенных воздействий», рук. - академик Ваганов Е.А., д.г.н., проф. Ходжер Т.В.

1. Продолжены исследования органического вещества береговых и донных отложений залива Буор-Хая (море Лаптевых). Отложения берегового комплекса залива содержат большое количество (до 80 %) органического углерода. Поступая в воды залива при термоабразионном разрушении побережья, органическое вещество в прибрежных поверхностных осадках не накапливается (Сорг не превышает 0.6 %), а переносится к центральной части залива. Максимальные концентрации органики определены в верхних современных отложениях (2.7 % Сорг), минимальные значения в песках, залегающих ниже ( рис.). Деградация органического вещества в протаявших мерзлотных толщах возможна и происходит в современный период. В условиях дальнейшего потепления климата это - в аэробных условиях может усилить эмиссию углекислого газа в атмосферу, в анаэробных – увеличить насыщение донных отложений метаном.

Рис. Распределение Сорг и δ13С в береговом обнажении мыса Муостах (1A) и донных отложениях скважины (17.5 км на северо-восток от острова Муостах 1B); органические компоненты в береговых отложениях о-ва Муостах (2A) и донных отложениях залива Буор-Хая вблизи западного побережья губы Буор-Хая (2B).


2. Сведения об опубликовании: Мамаева Е.В., Галачьянц Ю.П., Хабудаев К.В., Петрова Д.П., Погодаева Т.В., Ходжер Т.В., Земская Т.И. 2016. Метагеномный анализ микробных сообществ донных осадков шельфа Карского моря и Енисейского залива // Микробиология, 85(2):187-198.

С помощью метода секвенирования (Roche 454) фрагментов гена 16S рРНК исследовано разнообразие микробных сообществ донных осадков шельфа Карского моря и Енисейского залива, различающихся по компонентному составу поровых вод и уровню минерализации. Отмечено доминирование представителей филумов ( Cyanobacteria, Verrucomicrobia, Actinobacteria, Proteobacteria, Bacteroidetes ). В поверхностном слое осадков идентифицированы последовательности микроорганизмов, способные использовать широкий спектр органических веществ, том числе газообразные и нефтяные углеводороды. Присутствие микроорганизмов, содержащих гены метангенерации (mcrA) и метанотрофии (pmoA), говорит о способности микробных сообществ экосистемы Карского моря участвовать в процессах трансформации метана. Микроорганизмы, изолированные из донных осадков Карского моря, в лабораторных экспериментах деградировали н-алканы (рис.2). Следовательно, микробные сообщества донных осадков экосистемы Карского моря являются важнейшим звеном биотической структуры арктической экосистемы, участвуют в деструкции органических веществ и потенциально способны к самоочищению экосистемы, в том числе от углеводородов.

а)

б)

Рис . 2. а) Таксономический состав бактериальных (A) и архейных (B) сообществ донных осадков шельфа Карского моря и Енисейского залива; б) Содержание н-алканов в течение лабораторного эксперимента при различных уровнях минерализации среды со смесью микроорганизмов, изолированных из донных осадков Карского моря (смесь №1) (А), оз. Байкал (смесь №2) (Б) и их смеси, №3 (В). Концентрация NaCI, мг/мл


№ 0345–2015–0035 (гос. рег. АААА-А15-115122810222-5) «Разработка макета одномолекулярного секвенатора нуклеиновых кислот поколения next-next; создание технологии производства матриц нанореакторов диаметром порядка 70–100 нм.», рук. - академик Грачев М.А.

Автор результата: к.б.н., с.н.с. отдела ультраструктуры клетки Галачьянц Ю.П.

Проведено секвенирование библиотеки геномной ДНК диатомовой водоросли S. acus на одномолекулярном секвенаторе PacBio RSII. Результаты анализа использованы при сборке ядерного генома S. acus.


№ 0345–2015–0036 (гос. рег. АААА-А15-115122810227-0) «Динамика тепло-массопереноса в Байкале с учетом поступления метана: полевые исследования и моделирование», рук. - к.г.н. Гранин Н.Г.

Автор результата: н.с. лаб. гидрологии и гидрофизики Асламов И.А.

Сведения об опубликовании: Асламов И.А., Козлов В.В., Кириллин Г.Б., Мизандронцев И.Б., Кучер К.М., Макаров М.М., Гранин Н.Г. 2017. Исследование теплового потока и структуры подледного слоя воды на границе со льдом в Южном Байкале // Водные ресурсы, 3 (принята в печать)

Исследования изменения толщины ледового покрова и теплообмена на границе вода-лед были проведены на двух станциях (рис. а ). Различие в динамике толщины льда (рис. б) обусловлено более интенсивными течениями на станции 2 (6-10 см/c против 1-4 см/c на станции 1). Итоговое различие в толщинах льда составило 25 см. Это сравнимо с разностью в толщинах между центром и периферией кольцевых структур. Наши данные свидетельствуют, что тепловые потоки из воды в лед в районе проталины и непосредственно в районе кольца близки и составляют по нашим расчетам 20-40 Вт/м2 (для фоновой станции 1: 2-15 Вт/м 2). Таким образом, течения являются причиной увеличения теплового потока на границе раздела вода – лёд и способствуют образованию кольцевых структур на Байкале.

Рис. (a) - Местоположение измерительных станций и ледовая обстановка в Южном и Среднем Байкале на 4 апреля 2016, лед в районе образовавшейся вдоль северного берега проталины и кольцевой структуры у м. Нижнее Изголовье более темный, (б) – толщина льда на станциях.


№ 0345–2015–0037 (гос. рег. АААА-А15-115122810226-3) «Исследование процессов формирования структуры и динамики глубинных вод озера Байкал с использованием изотопных трассеров; изучение реакции этих процессов на современные изменения климата», рук. - д.г.н. Шимараев М.Н.

Авторы результата: д.г.н., г.н.с., зав. лаб. гидрологии и гидрофизики Шимараев М.Н. и др.

Сведения об опубликовании: Шимараев М.Н., Домышева В.М., Гнатовский Р.Ю., Блинов В.В. 2016. Влияние глубинной конвекции на аэрацию вод придонной зоны Байкала // География и природные ресурсы, 3: 70-77.

По данным комплексной гидрофизической и гидрохимической съемки в мае-июне 2016 г. обнаружены особенности условий обновления придонных вод разных котловин Байкала весной 2016 г. В пелагиали Южного и Среднего Байкала активность глубинной конвекции и обновления вод придонной зоны была относительно слабой. Обновление происходило лишь в самой глубокой части котловин при величине «дефицита тепла» Q в придонном холодном слое -2 ÷-6.9 Мдж/м2 в Южном и -0.10 ÷ -3.6 Мдж/м2 в Среднем Байкале, что было в 3-4 раза меньше многолетних значений охлаждения придонного слоя.

В Северном Байкала на всех станциях температура в придонном слое повышалась при одновременном понижении концентрации кислорода. Ранее такое распределение отмечалось только локально (Шимараев и др., 2011), но не достигало таких масштабов, как весной 2016 г. Аномально большие масштабы явления в 2016 г. могут быть результатом усиления активности разгрузки теплых источников на подводных склонах котловины, воды которых обладают повышенной температурой и минерализацией, и пониженным содержанием кислорода.

Рис . Вертикальное распределение температуры воды (а, в) и концентрации кислорода (б, г) в Южном (ц.ст. м. Кадильный – р. Мишиха, 28 мая 2016 г.) и Северном (ц.ст. р. Тыя – м. Немнянко, 3 июня 2016 г.) Байкале.

Наиболее важные научные результаты за 2015 г.
  • С помощью сканирующей электронной микроскопии проведена ревизия семейства Naviculaceae в оз. Байкал, описано 3 новых рода, из 193 обнаруженных видов и внутривидовых таксонов 65 – новые; в миоцен-плиоценовых отложениях Прибайкалья выявлено 86 видов диатомовых водорослей, среди которых 4 - новых; в водоемах и отложениях Евразии описано 150 морфотипов стоматоцист хризофитовых водорослей, из них 30 - новых. Показано, что в местах массового развития нитчатой зеленой водоросли спирогиры в прибрежной зоне зал. Лиственичный оз. Байкал в связи с исчезновением характерных для литоральной зоны растительных поясов уменьшено разнообразие редких и эндемичных видов бентосных диатомовых водорослей.
  • Проведен сравнительный анализ микрофлоры здоровых и больных губок L. baicalensis, массовая гибель которых обусловлена экологическим кризисом в прибрежной зоне озера Байкал. У больных губок методом метагеномного анализа с использованием секвенаторов нового поколения (ngs) показано нарушение баланса симбионтов, включая полную гибель зеленых хлорофитовых водорослей (Chlorophita) и замещение их цианобактериями (Cyanobacteria); снижение разнообразия типичных симбиотических бактерий, таких как Bacteroidetes и Proteobacteria и увеличение количества нетипичных некультивируемых видов Verrucomicrobia. Для некоторых представителей семейства Verrucomicrobia известно, что они способны усваивать метан или метанол. Высказана гипотеза о том, что изменение структуры симбиотических сообществ, приводящее к массовому заболеванию и гибели байкальских губок, может быть обусловлено увеличением концентрации метана в водной толще озера Байкал.
  • Результаты 13-летних исследований прибрежной зоны свидетельствуют о крупномасштабной «скрытой эвтрофикации» мелководной и заплесковой зон озера Байкал. Выявлены и кратко охарактеризованы изменения в экосистеме прибрежной зоны Байкала на основных уровнях трофической сети. Наблюдаемые в последнее десятилетие процессы: увеличение роли мелкоклеточных водорослей планктона (четких показателей органического загрязнения воды), существенные изменения в структуре сообществ планктонных инфузорий, смена доминирующих комплексов макрофитов в верхних поясах растительности, массовая гибель губок и моллюсков, значительные перестройки и гибель зоопланктеров в местах интенсивного развития спирогиры, масштабные скопления выброшенных на берег макрофитов и др. подтверждают этот вывод. При этом огромная масса чистой воды Байкала и ветро-волновая активность препятствуют формированию стабильных повышенных концентраций биогенов в толще воды. Поэтому основные изменения происходят не в толще воды, что свойственно для большинства сравнительно мелководных озер, подвергшихся эвтрофированию, а на дне прибрежной зоны Байкала.
  • Цианобактерии синтезируют огромное количество вторичных метаболитов разнообразной химической структуры, синтез значительной части которых, включая токсины опасные для жизни и здоровья людей и соединения, перспективные в биомедицинском отношении, осуществляется мультиферментными комплексами, состоящими из нерибосомных пептид-синтетаз (NRPS) и поликетидсинтаз (PKS). С помощью маркеров к генам синтеза цианотоксинов, входящим в кластеры mcy (микроцистины) и sxt (сакситоксин и его аналогов), в природных популяциях оз. Байкал выявлены цианобактерии способные к синтезу гепато- и нейротоксинов. В культурах цианобактерий и in situ обнаружены кластеры генов, кодирующие синтез фармакологически активных пептидов: аеругинозинов (aer) и анабенопептилидов (apd) – ингибиторов сериновых протеаз, в частности, тромбина и трипсина.
  • Расшифрованы и аннотированы полные геномы митохондрий 10 видов байкальских эндемичных амфипод. Филогенетический анализ оригинальных данных совместно с расшифрованными в других лабораториях митогеномами показал существование двух основных эволюционных линий байкальских амфипод, что вполне согласуется с результатами предыдущих исследований. Неожиданным результатом оказалось, что порядок генов в митохондриях у амфипод в Байкале сложно и часто изменялся. Ранее считалось, что этот признак очень консервативен. Механизм перестановки генов у байкальских амфипод неизвестен и представляет большой интерес, особенно если учесть, что в митохондриях отсутствует ферментативный аппарат рекомбинации, который отвечает за подобные явления в ядре.
  • Проведено blastx аннотирование 1112-ти дифференциально транскрибирующиеся контигов, полученных при параллельном секвенировании мРНК мозга симпатрических близкородственных видов байкальских сиговых, омуля (Сoregonus migratorius) и озерного сига (С. baicalensis). Выявлена повышенная экспрессия генов, связанных с метаболическими процессами и клеточным транспортом у омуля (378 контигов) и процессами развития, биогенеза, иммунного ответа и ответа на стресс у сига (312 контигов). В целом, рисунок генной экспрессии байкальской пары видов, анализируемый на уровне транскрипции, согласуется с таковым у подобных симпатрических пар сиговых из озер Северной Америки.
  • По данным спутниковых наблюдений NOAA/AVHRR в мае – ноябре за температурой поверхности воды выделены области прибрежного апвеллинга, определены их площади и время развития (Troitskaya et al., 2015). С учетом средней скорости подъема в апвеллинге, найденной по данным эксперимента (Шимараев и др., 2015), оценены объемы воды, перенесенной в верхний 100-метровый слой. Суммарный для всей прибрежной зоны подъем вод при апвеллингах в июне-ноябре меняется от 260 до 530 км3. Подъем вод обеспечивает приток в трофогенный слой 85 тыс. т нитратов (около 32% от количества, идущего ежегодно на первичное продуцирование) и 4238 т фосфатов (6,8% от 62000 т их запасов в озере).
  • На основе изменчивости видового состава хирономид в озерных донных осадках и прироста годичных колец лиственницы сибирской были разработаны трансферные математические модели, позволяющие выполнять количественную реконструкцию летних температур для высокогорных районов Забайкальского края (Кодарский и Коларский хребты) и Бурятии (Восточный Саян). Для последних 850 лет определенно, что наиболее сильное снижение летних температур было в ~1550-1710 гг. В отличие от Европы, изменчивость летних температур в Восточной Сибири была очень контрастной, с перепадами в нескольких градусов. Следует отметить, что даже в Малый ледниковый период были короткие интервалы, когда летние температуры были выше среднелетней температуры последнего столетия.
  • На основании геолого-геофизических исследований в некоторых районах Байкала не выявлено привязки грязевых вулканов, метановых сипов, гидратных холмов и покмарков к разрывным нарушениям. Это может быть обусловлено разными путями миграции грязевулканической массы и свободного и/или растворенного в поровой воде газа, определяющихся наличием проницаемых зон в литологическом разрезе. Высказано предположение о наличии второстепенных и ранее не детектированных в этих областях разломов. В Байкале грязевые вулканы залегают только в местах, где нижняя граница зоны стабильности газовых гидратов заглублена не менее чем на 150 м ниже дна. Остальные гидратоностные структуры выявляются в глубинных зонах, на склонах впадин и в дельтах крупных рек, где зона стабильности может быть минимальной, а мощность осадков уменьшатся до первых сотен метров. Это также связано с наличием разломов и путями миграции газа от центральной части впадины к ее бортам.
  • Анализ микроэлементного состава речных притоков Южного Байкала, вод подземных горизонтов, поступающих в озеро ювенильных вод показал, что состав вод рек зависит от геологического строения их ложа. В пределах городов и поселков не наблюдается изменений в составе речных вод. Исключение составляет речная сеть пос. Листвянка. Застройка прирусловой зоны с засыпкой русел мелких ручьёв в условиях маловодного периода привели к резкому снижению уровня надземных вод. Бытовые стоки многочисленных отелей и ресторанов поступают напрямую в подземные горизонты. Отсутствие влияния атмосферного кислорода и ультрафиолетового облучения приводит к поступлению вод с высоким концентрациям аммиака и соединений фосфора и содержанием чуждой симбионтным организмам литорали микрофлоры. Выборочная поверка выявленных электроразведкой участков подземных вод с повышенной минерализацией показала антропогенное влияние, как на химический состав вод, так и на санитарно-микробиологические характеристики. Анализ вод из лунок на урезе воды на всем побережье Листвянки также показывает значимое антропогенное влияние.
Наиболее важные научные результаты за 2014 г.
  • Опубликованы два атласа-определителя пеннатных бентосных диатомовых водорослей озера Байкал, в которых с помощью методов сканирующей электронной микроскопии проведена ревизия семейства Cymbellaceae и описано несколько новых родов.
  • Выявлены временные рамки формирования современного генетического разнообразия пелагических ракообразных Байкала. В качестве генетического маркера использован ген первой субъединицы цитохромоксидазы митохондриальной ДНК (СО1 мтДНК). Возраст наиболее раннего общего предка составил: 1,8 – 1,3 млн лет для Macrohectopus branickii, 0,6 – 0,4 млн лет для Epischura baicalensis и 0,3 – 0,2 млн лет для Сyclops colensis. Время дивергенции определено, исходя из скорости накопления нуклеотидных замен в гене CO1 мтДНК у прибрежных крабов [Schubart & Diesel, 1998], составляющей 1,66–2,33 % за миллион лет.
  • Выявлены биохимические и экофизиологические особенности гетеротрофных микроорганизмов, изолированных из биопленочных ассоциаций. Показано, что байкальские штаммы из биопленок с твердых субстратов обладают множественной ферментативной активностью, устойчивы к широкому спектру антибиотиков и металлам. Сделано предположение, что биопленки нейстона формируются на липидном матриксе, а биопленки твердых субстратов – полисахаридном.
  • Впервые для оз. Байкал в вирусном сообществе нейстона выявлены новые морфологические типы вирусов: булавовидные и в форме прямых палочек без оболочек.
  • В полученных с использованием техники параллельного секвенирования транскриптомах мозга байкальских омуля и озерного сига выявлена высокая транскрипционная активность известного для лососевых рыб суперсемейства Тс–1 подобных ДНК транспозонов. Путем прямого наложения коротких 70-ти буквенных прочтений на известные последовательности обнаружены гомологи всех известных для лососевых рыб представителей суперсемейства. Полученные данные коррелируют с эволюционной динамикой активности данной группы мобильных элементов у лососевых рыб. Наряду с «молодыми» и наиболее активно транскрибирующимися семействами DTSsa1 и DTSsa2 у байкальских сиговых активно транскрибируется семейство DTSsa4.
  • На 11 глубоководных станциях в пелагиали Среднего Байкала проанализировано распределение органических веществ, биогенных элементов. Содержание органического углерода в поверхностных водах изменялось от 1,1 до 1,8 мг/дм3, общего углерода от 11,0 до 14,3 мг/дм3 с наибольшими значениями в октябре. Проведено сравнение по минеральному фосфору с данными 1998, 2005–2013 гг., его рост в водах пелагиали Среднего Байкала не обнаружен. Оценено состояние поверхностных и глубинных вод по фитопланктону, санитарно-бактериологическим показателям. Воды пелагиали Среднего Байкала чистые, условно патогенные бактерии, бактерии группы кишечной палочки не обнаружены.
  • Проведены исследования концентраций метана в поверхностном слое донных отложений, в водной толще озера. В 2013–2014 гг. содержание метана в воде озера повысилось по сравнению 2003–2004 гг. Поток метана из донных отложений с учетом его окисления в водной толще и потока метана в атмосферу составил 800–1000 т/год.
  • Проведен региональный анализ влияния антропогенного и природного факторов на изменения гидрохимического состава и фитопланктонных сообществ горных озер Восточной Сибири за последние 210 лет. Диатомовые летописи показывают отчетливую тенденцию к снижению численности диатомей с конца Малого ледникового периода. Установлено, что наибольшее влияние на изменчивость диатомовых сообществ оказывает поставка ледниковой взвеси и ультрапресных вод за счет таяния ледников и снежников в результате глобального увеличения температур в Северном полушарии.
  • Исследовано разнообразие микробных сообществ в осадках Южного Байкала до глубины 9 см с шагом в 1 см с помощью метода массового параллельного секвенирования. От поверхности осадка и до нижней границы проникновения кислорода (3 см) среди бактерий отмечено доминирование органотрофных бактерий фил Verrucomicrobia, Cyanobacteria, Proteobacteria и неклассифицируемых последовательностей. В железо–марганцевых корках (слои 3–5 см) большую часть бактериальных сообществ составляли неклассифицированные бактерии. В восстановленных осадках в составе бактериальных сообществ отмечены те же доминанты. Анализ архей показал, что практически во всех слоях осадка доминируют представители филы Thaumarchaeota, широко распространенные в почвах, морских и пресных экосистемах.
  • На примере сравнительного анализа биогеохимических процессов в береговых ландшафтах Южного Байкала установлено, что в весенне–летний период интенсивного потока соединений химических элементов с береговой зоны растительный пояс Ulothrix zonata является биогеохимическим барьером в прибрежной зоне Байкала.
  • На основе анализа двух древеснокольцевых хронологий и климатических данных была проведена реконструкция индекса баланса массы ледников Перетолчина (Восточный Саян) и Черского (Байкальский хребет) с 1725 г. Было установлено, что положительные аномалии баланса массы во время Малого ледникового периода были в 1750–1800 гг. (Восточный Саян) и в 1825–1865 гг. (Байкальский хребет). Неблагоприятные климатические условия для сохранения ледников Восточного Саяна наблюдались в 1840–1900 гг., 1910–1920 гг. и после 1995 г., а на Байкальском хребте – в 1790–1810 гг., 1860–1890 гг., 1910–1920 гг., 1945–1975 гг. и после 2005 г.
  • Представлены результаты исследований по химическому составу атмосферного аэрозоля, отобранному в 2014 г. в г. Улан-Баторе (46°56′ с. ш., 113°07′ в. д.) и на станции Сайншанд (44°90′ с. ш. 110°12′ в. д.), приводятся сравнения с предыдущими данными (2005–2010гг.). Различия в химическом составе атмосферных аэрозолей в городах Улан-Батор и на станции Сайншанд свидетельствуют о различной природе аэрозольных частиц в районах наблюдений. Одним из основных факторов, влияющих на формирование химического состава аэрозолей, кроме потока загрязняющих веществ от локальных, региональных и трансграничных источников является рост числа пыльных бурь в аридных районах Монголии.
  • С использованием методов высокопроизводительного секвенирования ДНК определена первичная структура полного генома диатомовой водоросли Synedra acus subsp. radians из озера Байкал и проведена его структурно–функциональная аннотация. Это первый расшифрованный геном пресноводной диатомеи и первый геном представителя класса пеннатных бесшовных диатомей.
  • Впервые для глубинной зоны озера Байкал получены данные о влиянии углеводородсодержащих минерализованных флюидов на биологические сообщества. Как и в Мировом океане, в таких районах плотность поселения мейо- и макробентоса в 1,5–10 раз выше по сравнению с фоновыми районами. Для животных глубинной зоны озера отмечены разнообразные пищевые стратегии, обеспечивающие существование огромного количества эндемичных видов, так отличающего Байкал от других пресноводных экосистем. На основе анализа значений стабильных изотопов углерода и азота в тканях животных установлено, что их жизнедеятельность основана на хемо– (метано–), фото–, и миксотрофии.
  • Впервые зафиксировано всплывание газовых гидратов на поверхность озера. Установлено, что всплывание и разрушение газовых гидратов является причиной локальных апвеллингов, которые генерируют течения и способствуют уменьшению толщины ледового покрова. Это подтверждается снижением степени минерализации и существованием перемешанного слоя на глубинах от 150 до 400 м.
  • Проведены работы и получены первые результаты по исследованию вертикальных движений вод вблизи западного побережья Южного Байкала на участках у истока р. Ангары и у мыса Ивановский.
  • Разработаны флуоресцентные производные (дезокси)нуклеозидтрифосфатов нового типа, имеющие преимущества перед используемыми компанией «Pacific Biosciences».
  • Впервые получены данные о генетическом разнообразии паразитических грибов сем. Saprolegniaceae (рода Saprolegnia и Achlya) у рыб из открытых водоемов Восточной Сибири и аквариумной экспозиции БМ ИНЦ СО РАН. С учетом литературных и полученных нами данных составлена дендрограмма, демонстрирующая разнообразие представителей сем. Saprolegniaceae, отмеченных у рыб.
  • Впервые с высоким разрешением (через каждые 2 см) проанализирован химический состав снежно–фирнового керна от поверхности до глубины 7,55 м из скважины PV–10 (400 км от российской станции Прогресс), отобранного в 55 сезон РАЭ (2009 г.).
  • На основе ГИС–картирования ледников по космическим изображениям 1995–2013 гг. был создан мультитемпоральный каталог ледников бассейна р. Левая Сыгыкта, Кодар. Анализ разновременных данных показал, что суммарная открытая площадь исследованных ледников уменьшилась с 10,167 км2 в 1850 г. до 3,917 км2 в 2013 г., т.е. на 6,250 км2 (–61 % или 0,377 %/год). Наиболее высокая скорость абсолютной дегляциации наблюдалась в 1995–2001 гг., а самая низкая − в 1850–1995 гг., при этом до 1995 г. она мало менялась.

Научные результаты, полученные в 2014 г., открыть pdf

Наиболее важные научные результаты за 2013 г.
  • Охарактеризована бентосная диатомовая флора пролива Малое Море озера Байкал. Среди высокого разнообразия видов и внутривидовых таксонов 75% оказалось редкими, эндемичными и новыми.
  • В кремнистых створках диатомеи Stephanodiscus meyeri обнаружена новая структура длинноцепочечных полиаминов, представляющая интерес как для биомиметического синтеза новых материалов, так и в качестве маркеров для хемосистематики.
  • С использованием генетических маркеров проведена филогенетическая реконструкция сиговых рыб бассейна озера Байкал (Coregonus sp.). Проведенный анализ основных представителей рода из сопредельных и удаленных бассейнов свидетельствуют о неравномерности процессов внутривидового и межвидового обмена генетической информацией, вызванной регулярными глобальными изменениями климата в ареале обитания группы.
  • По материалам 2007–2013 гг. обнаружено прогрессирующее внедрение в мелководную зону открытого Байкала восточно-палеарктического ручейника Hydatophylax nigrovittatus McL. Вид широко распространен в горных реках Прибайкалья, ранее не был зарегистрирован даже в заливах озера. Кроме H. nigrovittatus, в открытом Байкале обнаружен другой вид-палеаркт Apatania majuscula McL., биология которого изучается. Оба вида активно расширяют свой ареал: в 2007 г. они были известны только из района пос. Култук – р. Хара-Мурин, в 2013 г. обнаружены во многих местах южного побережья озера.
  • Для микроорганизмов из биопленок, сформированных на границе разделов фаз вода-воздух и вода-твердый субстрат определена чувствительность к УФ-облучению. Показано, что чувствительными к ультрафиолету являются только представители грамотрицательных гамма-протеобактерий Serratia spp. и Pseudomonas spp. Высокую устойчивость показали представители филума Firmicutes: Bacillus spp. и Paenibacillus spp. и актинобактерия Kocuria sp. Особый интерес представляют два штамма рода Paenibacillus sp. с высокой устойчивостью к УФ-облучению, которые также проявили множественную антимикробную активность, подавляя рост E. coli, Ps. aeruginosa, B. subtilis, Candida albicans, S. aureus.
  • При использовании быстро эволюционирующего ядерного маркера – интрона бета-субъединицы АТФ-синтетазы установлено, в популяциях байкальских эндемичных амфипод, зараженных микроспоридиями, происходит резкое ускорение скорости накопления замен в генах митохондрий – органелл, которые наследуются точно так же, как и вертикально передающиеся внутриклеточные паразиты. Возможная связь скорости эволюции митохондриального генома и наличия внутриклеточных паразитов обнаружена впервые и может представлять большой интерес для теории эволюции.
  • Впервые с использованием методов жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии проведена идентификация микроцистинов и других пептидных токсинов у микроорганизмов озера Байкал и водоемов Байкальской природной территории. Анализ полученных образцов методом MALDI-TOF показал наличие высокотоксичного MCYST-LA (LD50=50мкг/кг) и некоторых других биологически активных пептидов: ингибитора трипсина, сериновых протеаз и лейциновой аминопептидазы.
  • Проведена оценка значений парциальных давлений метана и углекислого газа в поверхностном слое воды и приводной атмосфере на акватории Южного Байкала в весенний период. Парциальное давление метана в воде превышает атмосферное. Парциальное давление углекислого газа в воде, напротив, значительно ниже атмосферного, т.е. в южной котловине озера в весенний период происходит преимущественно поглощение этого газа из атмосферы. Сток СО2 на акваторию озера заметно превышает выход СН4 в атмосферу. Таким образом, атмосферная составляющая в балансе углерода в Южном Байкале в весенний период является положительной.
  • Проведены исследования выходов газа по акватории оз. Байкал. Во всех районах выходов метана наблюдались его повышенные концентрации. Максимальная концентрация была зарегистрирована в районе факела «Ступа».
  • Построены геоморфологическая схема и геологический разрез через два грязевых вулкана и покмарк в районе Кукуйского каньона, исследовано влияние грязевулканической деятельности на формирование современного рельефа в этом районе. Оценены связи между различными группами животных и конкретными биогеохимическими параметрами в районе метанового сипа Посольская банка.
  • Молекулярно-биологическими методами в подповерхностных осадках грязевого вулкана Песчанка и метанового сипа Посольская банка показано наличие бактерий филума Planctomycetes, группы ANAMMOX, ближайшие родственники которых участвуют в процессе анаэробного окисления аммония.
  • На основе данных по распределению в донных осадках оз. Высокогорное (район Восточного Саяна) органического вещества, диатомей, хирономид, минеральной составляющей и микроэлементов (РФА-СИ, ICP-MS, ИК-спектроскопии), выполнена реконструкция условий осадконакоплений и температурного режима июля, как отклик на климатические изменения Восточной Сибири, за последние 850 лет. Проанализированные индикаторы показывают, что в исследованный промежуток времени переход от похолодания к потеплению происходил медленно, а от потепления к похолоданию наоборот очень резко, в течение десятилетия.
  • Ландшафтно-геохимические изыскания Солзанского полигона позволили выделить элементарные ландшафты, не охваченные антропогенным влиянием. Воды р. Большая Осиновка не загрязнены и не несут следов влияния карт-шламонакопителей. Миграционные потоки элементов в подземных водах испытывают влияние карьера древесных отходов. Свой вклад в изменение химического состава подземных вод вносят протечки из карт. Нарушение границ элементарных геохимических ландшафтов может привести к переносу органических масс шлам-лигнина в оз. Байкал.

Научные результаты, полученные в 2013 г., открыть pdf

Наиболее важные научные результаты за 2012 г.
  • Впервые в геноме пресноводной губки найдены гены хитиназы – фермента, ответственного за синтез хитина – основного строительного компонента скелета ракообразных, насекомых и т.п. Таким образом, подтверждено предположение о возможном участии хитина в образовании спикул губок.
  • Впервые в спикулах байкальской губки Baikalospongia bacillifera обнаружен новый белок с массой 62 kDa прочно связывающийся с кремнеземом. Высказано предположение об участии данного белка в процессе биосилификации при формировании спикул губок.
  • В результате изучения возрастных изменений длины теломерных районов ДНК (тДНК) рыб оз. Байкал - малой и большой голомянок и омуля установлено, что длина тДНК малой голомянки и омуля укорачивается в онтогенезе. Длина тДНК большой голомянки, напротив, увеличивается с возрастом. Полученные результаты необходимы для исследований теломерной биологии и понимания закономерностей молекулярной эволюции.
  • В результате анализа нуклеотидных последовательностей генома диатомовой водоросли Synedra acus обнаружены и структурно охарактеризованы LTR- и non-LTR-ретротранспозоны и проведен филогенетический анализ ретротранспозонов диатомей.
  • На основе сравнения нуклеотидных последовательностей митохондриального гена цитохрома Б выявлен высокий уровень генетического разнообразия байкальского вида рогатковидных рыб Batrachocottus talievi Sidelyova, 1999 и его четкая подразделенность в пределах озера. Показано, что вид распадается на две основные генетические группы, одна из которых приурочена к южной и средней котловинам, а другая – к северной котловине. Генетический разрыв между популяциями сопоставим с генетическими расстояниями между отдельными видами рогатковидных рыб Байкала, что говорит о возможном аллопатрическом видообразовании, весьма необычном для Байкала.
  • Определены доминирующие генотипы микроорганизмов из биопленок, формирующихся на естественных породах, в зависимости от «возраста» биопленки. Установлено, что в первый год ее формирования доминируют представители филы Bacteroidetes, в то время как в «зрелой» биопленке – Cyanobacteria и Proteobacteria. По истечению пяти лет одним из доминирующих классов являются Alphaproteobacteria, ближайшие родственники которых являются фотоавтотрофами, содержат бактериохролофилл а, имеют пигменты, простеки и выросты для прикрепления к субстрату.
  • Установлено, что элементный состав воды зоны заплеска связан с комплексом факторов. Максимальное количество биофильных элементов (S, P, Ca, Mg, Na, K, Fe, Mn, Cu, Zn и др.) поступает в период разложения береговых скоплений детрита (БСД). При этом вода обогащается не только элементами минерализации БСД, но и элементами (Al, Si, Fe, Mn, Ti, РЗЭ и др. Заметное влияние оказывают растительный и почвенный покров, геологическое и геоморфологическое строение берегов, а также климатические условия.
  • В результате регистрации эхолотного сигнала в Среднем и Южном Байкале было зарегистрировано 17 выходов газа. Впервые проведена оценка потока газа акустическим методом. Данные о потоке метана в факелах (54 - 110 т/год) позволили оценить поток метана для акватории Южного и Среднего Байкала, который составил 1400 – 2800 т/год. Поступление метана в 2002 – 2004 гг. для всего озера составляло 50 – 80 т/год. Оценки свидетельствуют о том, что в настоящее время происходит увеличение поступления метана, которое должно сопровождаться ростом его концентраций в водной толще озера.
  • Исследована сезонная динамика главных ионов, органического углерода, 52 следовых элементов в р. Селенге и ее притоках на территории России, в протоках и в барьерной зоне оз. Байкал. Максимальные и средневзвешенные концентрации большинства следовых элементов, в том числе тяжелых металлов, ниже аналогичных показателей глобального природного речного фона, установленного для более 30 рек мира, находящихся в зонах с низкой антропогенной нагрузкой.
  • Исследования химического состава поровых вод в различных типах геологических структур свидетельствуют о широком спектре и интенсивности разгружающихся флюидов. Обогащение осадков ионами сульфата, аммония, гидрокарбоната, ацетата, железа, а также разгрузка метана, обеспечивают развитие разнообразной микрофлоры. В районе разгрузки вод с минерализацией ниже, чем в байкальской воде (холодный сип «Голоустное») в поверхностных осадках найдены аэробные метанотрофы всех известных морфотипов, а также новые филогенетические линии бактерий и архей.
  • Впервые проведенная количественная реконструкция ледникового стока, высоты снеговой линии, площади оледенения и осадков в байкальском водосборе за последние 65 тыс. лет показала, что во время ледниковых максимумов МИС 4 (~ 65 тыс. л.н.) и МИС 2 (~ 21 тыс. л.н.) снеговая линия опускалась более чем на 1000, а ледниковый сток увеличивался пропорционально площади ледников (при годовом объеме 8-10 км3). Во время дегляциаций в МИС 4/3 и МИС 2/1 при поднятии снеговой линии объем ледникового стока и его доля в приходной части баланса резко уменьшались, а осадки и речной сток, наоборот, увеличивались. Резкое опускание уровня озера было возможно только на переходе от теплых стадий к холодным.

Научные результаты, полученные в 2012 г., открыть pdf

Наиболее важные научные результаты за 2011 г
  • Разработаны методы синтеза люминесцентно меченных наночастиц на основе поливиниламина, поли-1-винилимидазола и полиакриловой кислоты. Установлено, что отрицательно заряженные частицы полиакриловой кислоты проникают в растущие створки диатомеи Synedra acus, что подтверждает гипотезу ассимиляции кремниевой кислоты диатомеями путём макропиноцитоза.
  • Методом трансмиссионной электронной микроскопии ультратонких срезов выявлены особенности строения клетки у видов диатомовых водорослей, принадлежащих к разным порядкам и к разным филогенетическим кладам.
  • В результате исследований природной подледной популяции диатомеи Aulacoseira baicalensis различными методами микроскопии выявлены основные стадии морфогенеза кремнеземных структур панциря.
  • С помощью технологий секвенирования второго поколения расшифрована последовательность нуклеотидов хлоропластного генома пресноводной бесшовной пеннатной диатомовой водоросли Synedra acus из озера Байкал.
  • Расшифрованы полные митохондриальные геномы у четырех видов байкальских губок. Получены новые данные о межгенных участках, имеющие существенную видовую гетерогенность, что позволяет разделять виды на отдельные кластеры, в зависимости от района обитания. Рассчитаны скорости эволюции последовательностей этих генов относительно общего предка губок Ephydatia muelleri.
  • Впервые за весь период исследования фитобентоса Байкала в узкой прибрежной зоне залива Лиственничный, расположенного напротив пос. Листвянка на протяжении 4 км от м. Лиственничного до истока р. Ангара зарегистрировано аномальное явление - зарастание дна нитчатыми водорослями. Нетипичные для оз. Байкал виды Spirogyra sp. образовали обильные сомкнутые заросли в виде длинных тяжей нитей.
  • С помощью многолучевых эхолотов ELAC SeaBeam 1050 (2009 г.) и SeaBat 8101 (2011 г.) впервые получены высокоразрешающие батиметрические данные для Южной и Средней котловин озера на площади 16 000 км2.
  • В результате тралово-акустической съемки 2011 г. установлено, что скопления омуля, с плотностью выше среднего, занимают не более четверти обследованной площади, но содержат почти две трети запаса. Подтвердились выводы о нахождении значительной части популяций омуля над глубоководными зонами озера, ранее не учитываемыми сетными методами.
  • В основные гидрологические сезоны года проведены экспедиции по отбору проб воды в основном русле р. Селенга, а также выше и ниже устьев ее притоков. Результаты исследований концентраций растворенных форм микроэлементов, том числе тяжелых металлов в воде р. Селенги и устьях ее притоков показали, что превышения ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения не выявлены. По данным ISP-MS влияние трансграничного переноса из Монголии на качество вод р. Селенги по содержанию тяжелых металлов не наблюдается.
  • Исследование структуры биопленки естественного субстрата (природной камень, гл.14 м) показало, что в ее составе обнаружены микроорганизмы трех бактериальных фил (Proteobacteria, Bacteroides, Cyanobacteria) с разнообразными типами метаболизма, значительное количество фототрофных организмов и азотфиксаторов. Структурную основу биопленки, в отличие от искусственного субстрата, составляла нитчатая цианобактерия Rivularia rufescens, которая впервые отмечена в оз. Байкал и раннее в списке байкальских водорослей не упоминалась.

Научные результаты, полученные в 2011 г., открыть pdf

Некоторые научные результаты за 2006 - 2010 года
  • Исследованы кольцевые структуры, регулярно выявляемые на космических снимках MODIS (http://geol.irk.ru) на поверхности льда. Установлено, что кольцевые структуры проявляются перед разрушением льда в разных районах озера Байкал
  • Значительная часть исследований в период 2006-2010 гг. была выполнена совместно с Институтом океанологии РАН им. П.П. Ширшова с использованием глубоководных обитаемых аппаратов "МИР".
  • Анализ многолетних (1971-2009 гг.) наблюдений за температурой глубинной зоны Байкала показал, что влияние изменений климата, особенно потепления с начала 1970-х до середины 1990-х годов, проявилось пока лишь для вод верхней (0-300 м) зоны озера, в которой тренд температуры был положителен.
  • Впервые проведена высокоразрешающая батиметрическая съемка дна южной и средней котловин озера Байкал на площади 15000 км2, пройдено 12600 км непрерывных акустических профилей и получено более 56 млн. точек глубин.
  • На современном этапе климатических изменений, впервые определено содержание углекислого газа в атмосфере над акваторией Байкала, показаны его суточные и сезонные различия.
  • Исследовано распределение 14 органических ароматических углеводородов (ПАУ) в снежном покрове промышленных и фоновых районах Южного Прибайкалья и акватории озера Байкал
  • Определены современные уровни загрязнения нефтепродуктами поверхностных и придонных вод озера Байкал
  • В ходе многолетних исследований на Байкале разработаны точные и высокочувствительные методы гидрохимического анализа ультрапресных природных вод, прошедший международную интеркалибрацию Институт, применил их для анализа снега, фирна и льда в Антарктиде
  • В сотрудничестве с Росгидрометом РФ продолжается участие лаб. гидрохимии и химии атмосферы в качестве Национального центра данных в международной программе "Сеть мониторинга кислотных выпадений в Восточной Азии (Acid Deposition Monitoring Network in East Asia, ЕАNЕТ). По результатам международных квалификационных испытаний качества выполняемых анализов, лаборатория гидрохимии и химии атмосферы, выбрана в качестве одного из основных исполнителей по изучению снежно-фирновых и ледяных кернов из района ст. Восток (Антарктида).
  • По результатам исследования изотопного состава урана в донных отложениях оз. Байкал впервые получена высокоразрешающая (200 лет) реконструкция влажности климата за последние 150 тыс. лет, а также реконструировано перераспределение влаги между основными водосборными провинциями бассейна озера
  • Получены высокоразрешающие (100-200 лет) летописи элементного состава осадков Охотского моря за последний ледниково-межледниковый цикл (150 тыс. лет). Установлено, что индикаторы биопродуктивности (биогенный барий) и др. сигналы изменения палеоклимата (влажность осадка, галогены) проявляют почти синхронный отклик с палеосигналами в осадках оз. Байкал
  • На основе распределения геохимических показателей в буровом керне KDP-01 из озера Хубсугул (Монголия) определены три макро-стадии развития регионального палеоклимата за последний 1 млн. лет
  • Исследованы кремнистые стоматоцисты хризофитовых водорослей, являющихся индикаторами изменения условий окружающей среды, из нескольких водоемов и осадков различного возраста. Описано более 160 новых морфотипов
  • В зоне разгрузки газо-нефтесодержащих флюидов с помощью глубоководных обитаемых аппаратов "МИР", совместно с Институтом океанологии РАН им. П.П. Ширшова, впервые на озере Байкал открыты и обследованы битумные постройки, высотой от 0,5 до 10 м и диаметром от 10 см до 60 м.
  • В результате электронно-микроскопического изучения планктонных водорослей более 90 высокогорных озер Прибайкалья и Забайкалья в 7 из них были найдены диатомовые, которые ранее считались эндемиками оз. Байкал.
  • Впервые при помощи методов световой и сканирующей электронной микроскопии показана связь между пищевыми стратегиями нескольких видов амфипод и морфологией органов, отвечающих за захват и переработку пищи
  • В результате комплексных исследований показано, что геохимический состав и разнообразие первичных пород каменистой литорали являются важными факторами, обусловливающими распределение, высокую продуктивность и биоразнообразие бентоса в мелководной зоне Байкала.
  • Впервые с помощью методов электронной сканирующей и трансмиссионной микроскопии, атомно-силовой микроскопии (АСМ) и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) изучен слуховой аппарат у нескольких видов эндемичных байкальских рыб с целью проведения дальнейших экспериментальных исследований и выяснения механизма его действия.
  • С помощью молекулярно-генетических методов показано, что внутриклеточные паразиты беспозвоночных - микроспоридии - по количеству видов превосходят видовое разнообразие своих хозяев.
  • Исследован полиморфизм нуклеотидных последовательностей в популяциях пяти сестринских видов эндемичных моллюсков рода Baicalia, различающихся стратегиями размножения и субстратными предпочтениями. Показано, что у них происходили яркие демографические события, когда периоды процветания и, соответственно, массовости сменялись периодами почти полного вымирания.
  • Получены первые результаты исследования теломерных районов хромосом у байкальских планарий, которые характеризуются наличием как карликовых так и гигантских форм и способностью к регенерации.
  • Определены нуклеотидные последовательности трех митохондриальных геномов байкальских губок (рис. 26), принадлежащих к разным родам семейства Lubomirskiidae
  • Проведено секвенирование 30 полных геномов штаммов вируса клещевого энцефалита, выделенных от людей с различной тяжестью заболевания. Показано, что определяющим фактором, обуславливающим различную тяжесть заболевания, является структура вирусного генома, а именно наличие 4 ключевых мутаций
  • Исследовано строение клетки и морфогенез элементов панцирей нескольких видов пресноводных и морских диатомей, выявлены ранее не описанные особенности в строении хлоропластов.
  • Синтезированы новые флуоресцентные красители, производные олигомеров пропиламина.
  • Для принципиального расширения возможных подходов к молекулярной биологии диатомей и в частности, для использования методов генной инженерии начата расшифровка полного генома S. acus методом пиросеквенирования.
  • Впервые молекулярно-биологическими методами показано наличие потенциально-патогенных бактерий рода Enterococcus не только в литоральной, но и в глубоководной зоне оз. Байкал.
  • Институт принимал участие в исследованиях, связанных с поиском причины вспышки Гаффской болезни в районе озера Котокель летом 2008 года.

Более подробно ознакомиться с научными результатами (включая графики, фото, ссылки и рисунки) работы института можно здесь: Результаты работы ЛИН СО РАН 2010 (pdf)