Влияние физико-химических условий на распространение цианобактерий в термальном источнике Хойто-Гол (Восточные Саяны)

Цианобактерии являются одним из важнейших элементов биосферы. По данным палеонтологов, цианобактерии появились 3,8-4,0 млрд лет назад на нашей планете, и считается, что в глубоком прошлом они создали кислородную атмосферу, необходимую для развития высших организмов [1]. В современной биосфере цианобактерии распространены в экстремальных местообитаниях с высокой температурой, минерализацией, щелочными рН. К этим экстремальным системам относятся и углекислые гидротермы. Относительно стабильная высокая температура, поступление биогенов с глубинными водами и освещение благоприятствуют формированию цианобактериальных матов. Республика Бурятия богата холодными и термальными минеральными источниками и по их разнообразию стоит в одном ряду с основными курортными зонами России.

Целью данной работы являлось изучение влияния физико-химических условий, а именно температуры, на разнообразие цианобактерий в термальном углекислом источнике Хойто-Гол.

Материалы и методы исследования

На месте отбора проб измеряли температуру, рН, общую минерализацию воды. Температуру измеряли сенсорным электротермометром Prima (Португалия), рН среды - потенциометрическим портативным рН-метром (рНер2, Португалия), общую минерализацию - портативным рефрактометром MASTER-PM (Atago, Япония). Окислительно-восстановительный потенциал (Eh) измеряли при помощи портативного измерителя redox-потенциала ORP (Португалия). Определение карбонатов, гидрокарбонатов, сульфатов проводили по общепринятым методикам [2].

Пробы воды и микробных матов отбирали в стерильные емкости. Для определения видового состава цианобактерий пробы фиксировали 4% формалином. Морфотипы цианобактерий, размеры, подвижность, изучали микроскопированием образцов с помощью световых микроскопов Axiostar plus (Carl Zeiss, Германия). Определение таксономической принадлежности цианобактерий на основании морфологических признаков проводили по Еленкину и Голлербаху [3, 4].

Объектом исследований являлся термальный источник Хойто-Гол (Окинский район, Республика Бурятия). Источник Хойто-Гол находится на высоте 1700 м, в 100 км. от районного центра Орлик. Выходы расположены на правом берегу р. Аршан (притока р. Хойто-Гол) в 10 км от потухшего вулкана Кропоткина. Исключительной чертой данного источника является присутствие сероводорода в воде. Тип воды источников Хойто-Гол - гидрокарбонатная кальциево-натриевая. В источниках имеются 3 небольших ванных помещения. Выходы источников находятся по одной линии, вниз по течению реки и удалены друг от друга не более чем на 50-100 м [5].

Результаты исследования и обсуждение

Физико - химическая и химическая характеристика углекислого сероводородного источника Хойто - Гол

Температура воды источников находилась в пределах 24-34,4^оС, кроме глазного источника, температура которого составила 9,1^оС. Значения рН варьировали от 6,7 до 8,1. Окислительновосстановительный потенциал исследуемых источников изменялся от -11 до +284 мВ. Физикохимические параметры воды источников Хойто-Гол изменялись по руслу ручьев, образуемых при изливе минеральных вод. Температура по изливу теплых ручьев постепенно понижалась на 2-5 ° С, значения рН повышались до 8,8- 9,1, показания Eh повышались от -4 до +154 - +196 мВ (табл. 1).

Химический анализ минеральных источников показал, что вода этих источников является углекислой, гидрокарбонатной, сероводородной (табл. 1). Характерной особенностью минеральных источников Хойто-Гол является присутствие сероводорода в воде, поступление которого осуществляется с вулканическими флюидами, а также из донных осадков, где происходит активная микробная сульфатредукция. Значения сероводорода в источниках достигает 28,9 мг/л.

Цианобактериальные маты источника Хойто - Гол

Все выходы минеральных источников образуют ручьи, по изливу которых в зависимости от физико-химических условий происходит смена микробных сообществ [5]. Так, на станции Hg-1 обнаружены белые микробные маты, состоящие из косм бесцветных серобактерий морфотипа Thiothrix и Beggiatoa . Здесь условия среды обитания являются наиболее благоприятными для их существования.

В 40-50 м от выхода источника присутствие серобактерий не наблюдалось. Здесь доминирует цианобактериальное сообщество. Ниже по ручью зеленые обрастания цианобактерий становятся более рыхлыми с пузырьками газов, однородными по составу. Донные отложения по изливу представлены травертинами, на которых также развиваются цианобактериальные маты.

Таблица 1.

Физико-химическая характеристика термального источника Хойто-Гол

“ – “ не определяли, М – общая минерализация

В исследуемых источниках был изучен видовой состав цианобактерий. Всего выявлено 7 родов и 11 видов цианобактерий (табл. 3). Довольно часто встречались одноклеточные цианобактерии (4 вида), нитчатые цианобактерии представлены родами Phormidium (5 видов), Anabaena и Oscillatoria (по 1 виду). В зависимости от температуры, рН среды и содержания сульфатов происходит смена цианобактериальных сообществ. Так, по мере снижения температуры, подщелачивания среды и уменьшения сульфатов происходило увеличение видового состава цианобактерий (табл. 2).

Таблица 2.

Видовой состав цианобактерий в термальном источнике Хойто-Гол

На станции Hg-1, с максимальной температурой воды (t воды 34,4^оС) и нейтральным значением рН (7,5), обнаружено 4 разновидности цианобактерий: Microcystis firma, Phormidium molle, Ph. angustissimum и Anabaena minima. При некотором уменьшении температуры (t воды 33,5^оС) и увеличении рН (7,8) в видовом составе станции Hg-3 происходила смена сообщества: исчезают Amorfonostoc punctiforme f. populorum, Microcystis firma и Phormidium molle , появляются Gloeocapsa magma и Ph. termophilum . При дальнейшем уменьшении температуры воды (t воды 31,8^оС) и щелочных значениях рН (8,3), на станции Hg-2, разнообразие увеличилось за счет появления Amorfonostoc punctiforme f. populorum и Ph. foveolarum . На станции Hg-5, с самой низкой температурой воды (t воды

31,0^оС) и щелочным рН (8,0), наблюдался максимальный видовой состав. Появились ранее не обнаруженные на остальных станциях виды Synechococcus elengatus, Ph. subliforme и Oscillatoria telebriformis.

Таким образом, физико-химические условия в источнике Хойто-Гол являются одним из основных факторов, влияющих на формирование и развитие цианобактериального сообщества.

Работа выполнена при финансовой поддержке грантов Министерства образования и науки РФ РНП 2.1.1/2165, НОЦ «Байкал», РФФИ №08-05-98036-р_Сибирь_а и №10-04-01185-а.