1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Журнал общей биологии
  4. T. 84, № 4, 2023

Журнал общей биологии, 2023, T. 84, № 4, стр. 243-262

Размерно-морфологическая структура и экологические стратегии прокариотопланктона крупного горного озера Севан (Армения)

Е. В. Кузнецова 1, *, Д. Б. Косолапов 1, Н. Г. Косолапова 1, М. Ю. Скопина 1

1 Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН
152742 Борок, Некоузский р-н, Ярославская обл., Россия

* E-mail: kuzel@ibiw.ru

Поступила в редакцию 17.11.2022
После доработки 20.02.2023
Принята к публикации 04.08.2023

Аннотация

Изучена динамика размерно-морфологических групп гетеротрофного прокариотопланктона самого крупного пресного водоема Кавказа – оз. Севан (Армения), – позволяющая объяснить его пространственно-временную организацию и сукцессию. Для этого озера характерно чередование стабильных и нестабильных периодов существования гидробионтов из-за резких изменений экологических условий, вызванных главным образом деятельностью человека. В сообществе планктонных прокариот озера выделяли следующие размерно-морфологические группы: мелкие кокки и коккобациллы, мелкие палочки и вибрионы, среднеразмерные кокки и коккобациллы, крупные палочки и вибрионы, нити, а также клетки, ассоциированные с детритными частицами. Основной вклад (в среднем 55.5%) в формирование биомассы прокариотопланктона озера вносили мелкие палочки и вибрионы. Биомасса каждой из групп колебалась во времени и пространстве в относительно узких пределах, и развитие групп происходило в тесной взаимосвязи друг с другом. По-видимому, разные размерно-морфологические группы прокариот адаптированы к существованию в пределах сходных эколого-филогенетических ниш и совместно и последовательно выполняют общие функции в минерализации органических веществ и трофических взаимодействиях в озере. Вместе с тем эти группы реализуют различные экологические стратегии, которые могут быть успешными в разные периоды существования экосистемы.

Список литературы

  1. Косолапов Д.Б., 2016. Бактериопланктон озера Севан // Озеро Севан. Экологическое состояние в период изменения уровня воды. Ярославль: Филигрань. С. 79–92.

  2. Крылов А.В., Айрапетян А.О., Овсепян А.А., Сабитова Р.З., Габриелян Б.К., 2021. Межгодовые изменения весеннего зоопланктона пелагиали озера Севан (Армения) в ходе повышения ихтиомассы // Биология внутр. вод. № 1. С. 95–98. https://doi.org/10.31857/S032096522101006X

  3. Озеро Севан. Экологическое состояние в период изменения уровня воды, 2016 / Отв. ред. Крылов А.В. Ярославль: Филигрань. 328 с.

  4. Павлова М.Д., Асатурова А.М., Козицын А.Е., 2021. Форма клеток бактерий. Некоторые особенности ультраструктуры, эволюции и экологии // Журн. общ. биологии. Т. 82. № 4. С. 270–282. https://doi.org/10.31857/S0044459621040047

  5. Сахарова Е.Г., Крылов А.В., Сабитова Р.З., Цветков А.И., Гамбарян Л.Р. и др., 2020. Горизонтальное и вертикальное распределение фитопланктона высокогорного озера Севан (Армения) в период летнего цветения цианопрокариот // Сиб. экол. журн. № 1. С. 76–88. https://doi.org/10.15372/SEJ20200106

  6. Andrews J.H., Harris R.F., 1986. r- and K-selection and microbial ecology // Advances in Microbial Ecology. N.-Y.: Springer Science+Business Media. P. 99–147.

  7. Asatryan V., Stepanyan L., Hovsepyan A., Khachikyan T., Mamyan A., Hambaryan L., 2022. The dynamics of phytoplankton seasonal development and its horizontal distribution in Lake Sevan (Armenia) // Environ. Monit. Assess. V. 194. Art. 757. https://doi.org/10.1007/s10661-022-10446-5

  8. Batani G., Pérez G., Martínez de la Escalera G., Piccini C., Fazi S., 2016. Competition and protist predation are important regulators of riverine bacterial community composition and size distribution // J. Freshwat. Ecol. V. 31. № 4. P. 609–623. https://doi.org/10.1080/02705060.2016.1209443

  9. Bergeijk D.A., van, Terlouw B.R., Medema M.H., Wezel G.P., van, 2020. Ecology and genomics of Actinobacteria: new concepts for natural product discovery // Nat. Rev. Microbiol. V. 18. P. 546–558. https://doi.org/10.1038/s41579-020-0379-y

  10. Beveridge T.J., 1988. The bacterial surface: General considerations towards design and function // Can. J. Microbiol. V. 34. № 4. P. 363–372. https://doi.org/10.1139/m88-067

  11. Borsheim K.Y., 1993. Native marine bacteriophages // FEMS Microbiol. Ecol. V. 102. P. 141–159. https://doi.org/10.1016/0378-1097(93)90197-A

  12. Caron D.A., 1983. Technique for enumeration of heterotrophic and phototrophic nanoplankton, using epifluorescence microscopy, and comparison with other procedures // Appl. Environ. Microbiol. V. 46. № 2. P. 491–498. https://doi.org/10.1128/aem.46.2

  13. Caron D.A., Dam H.G., Kremer P., Lessard E.J., Madin L.P. et al., 1995. The contribution of microorganisms to particulate carbon and nitrogen in surface waters of the Sargasso Sea near Bermuda // Deep Sea Res. V. 42. P. 943–972. https://doi.org/10.1016/0967-0637(95)00027-4

  14. Comte J., Jacquet S., Viboud S., Fontvieille D., Millery A. et al., 2006. Microbial community structure and dynamics in the largest natural French lake (Lake Bourget) // Microb. Ecol. V. 52. P. 72–89. https://doi.org/10.1007/s00248-004-0230-4

  15. Corno G., Caravati E., Callieri C., Bertoni R., 2008. Effects of predation pressure on bacterial abundance, diversity, and size-structure distribution in an oligotrophic system // J. Limnol. V. 67. № 2. P. 107–119. https://doi.org/10.4081/jlimnol.2008.107

  16. Falkowski P.G., Fenchel T., Delong E.F., 2008. The microbial engines that drive Earth’s biogeochemical cycles // Science. V. 320. № 5879. P. 1034–1039. https://doi.org/10.1126/science.1153213

  17. Fischer U.R., Velimirov B., 2000. Comparative study of the abundance of various bacterial morphotypes in an eutrophic freshwater environment determined by AODC and TEM // J. Microbiol. Methods. V. 39. № 3. P. 213–224. https://doi.org/10.1016/S0167-7012(99)00121-9

  18. Foster K.R., Bell T., 2012. Competition, not cooperation, dominates interactions among culturable microbial species // Curr. Biol. V. 22. № 19. P. 1845–1850. https://doi.org/10.1016/j.cub.2012.08.005

  19. Fuhrman J.A., Noble R.T., 1995. Viruses and protists cause similar bacterial mortality in coastal seawater // Limnol. Oceanogr. V. 40. P. 1236–1242. https://doi.org/10.4319/lo.1995.40.7.1236

  20. Garcia A., Goñi P., Cieloszyk J., Fernandez M.T., Calvo-Beguería L. et al., 2013. Identification of free-living amoebae and amoeba-associated bacteria from reservoirs and water treatment plants by molecular techniques // Environ. Sci. Technol. V. 47. № 7. P. 3132–3140. https://doi.org/10.1021/es400160k

  21. Gasol J.M., Giorgio P.A., del Massana R., Duarte C.M., 1995. Active versus inactive bacteria: Size-dependence in a coastal marine plankton community // Mar. Ecol. Prog. Ser. V. 128. P. 91–97. https://doi.org/10.3354/meps128091

  22. Hahn M.W., 2003. Isolation of strains belonging to the cosmopolitan Polynucleobacter necessarius cluster from freshwater habitats located in three climatic zones // Appl. Environ. Microbiol. V. 69. P. 5248–5254. https://doi.org/10.1128/AEM.69.9.5248-5254.2003

  23. Hahn M.W., Hofle M.G., 1999. Flagellate predation on a bacterial model community: Interplay of size-selective grazing, specific bacterial cell size, and bacterial community composition // Appl. Environ. Microbiol. V. 65. P. 4863–4872. https://doi.org/10.1128/AEM.65.11.4863-4872.1999

  24. Hahn M.W., Hofle M.G., 2001. Grazing of protozoa and its effect on populations of aquatic bacteria // FEMS Microbiol. Ecol. V. 35. P. 113–121. https://doi.org/10.1111/j.1574-6941.2001.tb00794.x

  25. Hambaryan L.R., Stepanyan L.G., Mikaelyan M.V., Gyurjyan Q.G., 2020. The bloom and toxicity of cyanobacteria in Lake Sevan // Proc. YSU B: Chem. Biol. Sci. V. 54. № 2. P. 168–176. https://doi.org/10.46991/PYSU:B/2020.54.2.168

  26. Jia Yu., Whalen J.K., 2020. A new perspective on functional redundancy and phylogenetic niche conservatism in soil microbial communities // Pedosphere. V. 30. № 1. P. 18–24. https://doi.org/10.1016/S1002-0160(19)60826-X

  27. Jurgens K., Matz C., 2002. Predation as a shaping force for the phenotypic and genotypic composition of planktonic bacteria // Antonie van Leeuwenhoek. V. 81. P. 413–434. https://doi.org/10.1023/a:1020505204959

  28. Jurgens K., Pernthaler J., Schalla S., Amann R., 1999. Morphological and compositional changes in a planktonic bacterial community in response to enhanced protozoan grazing // Appl. Environ. Microbiol. V. 65. № 3. P. 1241–1250. https://doi.org/10.1128/AEM.65.3.1241-1250.1999

  29. Kirschner A.K.T., Velimirov B., 1997. Seasonal study of bacterial community succession in a temperate backwater system indicated by variation in morphotype numbers, biomass and secondary production // Microb. Ecol. V. 34. P. 27–38. https://www.jstor.org/stable/4251501

  30. Krambeck C., Krambeck H.-J., Overbeck J., 1981. Microcomputer-assisted biomass determination of plankton bacteria on scanning electron micrographs // Appl. Environ. Microbiol. V. 42. № 1. P. 142–149. https://doi.org/10.1128/aem.42.1

  31. La Ferla R., Azzaro F., Azzaro M., Caruso G., Decembrini F. et al., 2005. Microbial contribution to carbon biogeochemistry in the Central Mediterranean Sea: Variability of activities and biomass // J. Mar. Syst. V. 57. № 1–2. P. 146–166. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2005.05.001

  32. Lampert W., 2011. Daphnia: Development of a Model Organism in Ecology and Evolution. Oldendorf; Luhe: IEI Publishers. 250 p.

  33. Langenheder S., Jurgens K., 2001. Regulation of bacterial biomass and community structure by metazoan and protozoan predation // Limnol. Oceanogr. V. 46. P. 121–134. https://doi.org/10.4319/lo.2001.46.1.0121

  34. Lebaron P., Servais P., Agogue H., Courties C., Joux F., 2001. Does the high nucleic acid content of individual bacterial cells allow us to discriminate between active cells and inactive cells in aquatic systems? // Appl. Environ. Microbiol. V. 67. P. 1775–1782. https://doi.org/10.1128/AEM.67.4.1775-1782.2001

  35. Martiny A.C., Treseder K., Pusch G., 2013. Phylogenetic conservatism of functional traits in microorganisms // ISME J. V. 7. P. 830–838. https://doi.org/10.1038/ismej.2012.160

  36. Newton R.J., Jones S.E., Eiler A., McMahon K.D., Bertilsson S., 2011. A guide to the natural history of freshwater lake bacteria // Microbiol. Mol. Biol. Rev. V. 75. № 1. P. 14–49. https://doi.org/10.1128/MMBR.00028-10

  37. Newton R.J., Shade A., 2016. Lifestyles of rarity: Understanding heterotrophic strategies to inform the ecology of the microbial rare biosphere // Aquat. Microb. Ecol. V. 78. P. 51–63. https://doi.org/10.3354/ame01801

  38. Norland S., 1993. The relationship between biomass and volume of bacteria // Handbook of Methods in Aquatic Microbial Ecology. Boca Raton: Lewis Publishers. P. 303–308.

  39. Pernthaler A., Pernthaler J., Amann R., 2004. Sensitive multi-color fluorescence in situ hybridization for the identification of environmental microorganisms // Molecular Microbial Ecology Manual. Dordrecht; Boston; London: Kluwer Academic Press. P. 711–726.

  40. Pernthaler J., 2005. Predation on prokaryotes in the water column and its ecological implications // Nat. Rev. Microbiol. V. 3. P. 537–546. https://doi.org/10.1038/nrmicro1180

  41. Pernthaler J., Glockner F.-O., Unterholzner S., Alfreider A., Psenner R., Amann R., 1998. Seasonal community and populations dynamics of pelagic bacteria and Archaea in a high mountain lake // Appl. Environ. Microbiol. V. 64. P. 4299–4306. https://doi.org/10.1128/AEM.64.11.4299-4306.1998

  42. Pernthaler J., Posch T., Simek K., Vrba J., Pernthaler A. et al., 2001. Predator-specific enrichment of Actinobacteria from a cosmopolitan freshwater clade in mixed continuous culture // Appl. Environ. Microbiol. V. 67. № 5. P. 2145–2155. https://doi.org/10.1128/AEM.67.5.2145-2155

  43. Pernthaler J., Sattler B., Simek K., Schwarzenbacher A., Psenner R., 1996. Top-down effects on the size biomass distribution of a freshwater bacterioplankton community // Aquat. Microb. Ecol. V. 10. P. 255–263. https://doi.org/10.3354/ame010255

  44. Porter K.G., Feig Y.S., 1980. The use of DAPI for identifying and counting aquatic microflora // Limnol. Oceanogr. V. 25. № 5. P. 943–948. https://doi.org/10.4319/lo.1980.25.5.0943

  45. Posch T., Franzoi J., Prader M., Salcher M.M., 2009. New image analysis tool to study biomass and morphotypes of three major bacterioplankton groups in an alpine lake // Aquat. Microb. Ecol. V. 54. P. 113–126. https://doi.org/10.3354/ame01269

  46. Pradeep Ram A.S., Mari X., Brune J., Torréton J.P., Chu V.T. et al., 2018. Bacterial-viral interactions in the sea surface microlayer of a black carbon-dominated tropical coastal ecosystem (Halong Bay, Vietnam) // Elem. Sci. Anth. V. 6. Art. 13. https://doi.org/10.1525/elementa.276

  47. Pradeep Ram A.S., Nishimura Y., Tomaru Y., Nagasaki K., Nagata T., 2010. Seasonal variation in viral-induced mortality of bacterioplankton in the water column of a large mesotrophic lake (Lake Biwa, Japan) // Aquat. Microb. Ecol. V. 58. P. 249–259. https://doi.org/10.3354/ame01381

  48. Rothhaupt K.O., 1997. Nutrient turnover by freshwater bacterivorous flagellates: Differences between a heterotrophic and mixotrophic chrysophyte // Aquat. Microb. Ecol. V. 12. P. 65–70. https://doi.org/10.3354/ame012065

  49. Salcher M.M., 2014. Same but different: Ecological niche partitioning of planktonic freshwater prokaryotes // J. Limnol. V. 73. P. 74–87. https://doi.org/10.4081/jlimnol.2014.813

  50. Salcher M.M., Hofer J., Hornák K., Jezbera J., Sonntag B. et al., 2007. Modulation of microbial predator-prey dynamics by phosphorus availability. Growth patterns and survival strategies of bacterial phylogenetic clades // FEMS Microbiol. Ecol. V. 60. P. 40–50. https://doi.org/10.1111/j.1574-6941.2006.00274.x

  51. Sanders R.W., Porter K.G., Bennett S.J., DeBiase A.E., 1989. Seasonal patterns of bacteriovory by flagellates, ciliates, rotifers and cladocerans in freshwater planktonic community // Limnol. Oceanogr. V. 34. P. 673–687. https://doi.org/10.4319/lo.1989.34.4.0673

  52. Schauer M., Hahn M.W., 2005. Diversity and phylogenetic affiliations of morphologically conspicuous large filamentous bacteria occurring in the pelagic zones of a broad spectrum of freshwater habitats // Appl. Environ. Microbiol. V. 71. № 4. P. 1931–1940. https://doi.org/10.1128/AEM.71.4.1931-1940.2005

  53. Schuech R., Hoehfurtner T., Smith D.J., Humphries S., 2019. Motile curved bacteria are Pareto-optimal // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. V. 116. № 29. P. 14440–14447. https://doi.org/10.1073/pnas.1818997116

  54. Schulz H.N., Jørgensen B.B., 2001. Big bacteria // Annu. Rev. Microbiol. V. 55. P. 105–137. https://doi.org/10.1146/annurev.micro.55.1.105

  55. Siefert J.L., Fox G.E., 1998. Phylogenetic mapping of bacterial morphology // Microbiology. V. 144. P. 2803–2808. https://doi.org/10.1099/00221287-144-10-2803

  56. Simon M., Grossart H.-P., Schweitzer B., Ploug H., 2002. Microbial ecology of organic aggregates in aquatic ecosystems // Aquat. Microb. Ecol. V. 28. P. 175–211. https://doi.org/10.3354/ame028175

  57. Thingstad T.F., 2000. Element of a theory for the mechanisms controlling abundance, diversity, and biogeochemical role of lytic bacterial viruses in aquatic system // Limnol. Oceanogr. V. 45. P. 1320–1328. https://doi.org/10.4319/lo.2000.45.6.1320

  58. Walsby A.E., 2005. Stratification by cyanobacteria in lakes: A dynamic buoyancy model indicates size limitations met by Planktothrix rubescens filaments // New Phytol. V. 168. P. 365–376. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2005.01508.x

  59. Weinbauer M.G., 2004. Ecology of prokaryotic viruses // FEMS Microbiol. Rev. V. 28. P. 127– 181. https://doi.org/10.1016/j.femsre.2003.08.001

  60. Weinbauer M.G., Hornák K., Jezbera J., Nedoma J., Dolan J.R., Simek K., 2007. Synergistic and antagonistic effects of viral lysis and protistan grazing on bacterial biomass, production and diversity // Environ. Microbiol. V. 9. P. 777–788. https://doi.org/10.1111/j.1462-2920.2006.01200.x

  61. Young K.D., 2006. The selective value of bacterial shape // Microbiol. Mol. Biol. Rev. V. 70. № 3. P. 660–703. https://doi.org/10.1128/MMBR.00001-06

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска содержание выпуска

Журнал общей биологии

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал