Состав микробных сообществ цикла метана в верхних слоях донных осадков Карского моря

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Изучение состава микробных сообществ цикла метана в верхних слоях донных осадков над крупными залежами углеводородов Южно-Карской нефтегазоносной области Западно-Сибирской провинции показало наличие в этих слоях как аэробных метанотрофных бактерий, так и анаэробных метаногенных архей, а также многочисленных гетеротрофных микроорганизмов различных филогенетических групп. Исследования проводили в Байдарацкой губе и на востоке Пухучанской впадины (южная часть Карского моря). В поверхностных окисленных горизонтах (0–2 см, Eh от 60 до 175 мВ) донных осадков были обнаружены аэробные метанотрофные бактерии семейств Methyloligellaceae, Methylophagaceae и Methylomonaceae, причём представители семейства Methyloligellaceae в довольно значимом количестве (1.52–2.61 % от всех чтений последовательностей гена 16S рРНК) встречались на всех исследованных станциях Карского моря. В подповерхностных восстановленных горизонтах (18–20 см, Eh от –63 до –246 мВ) донных осадков среди метаногенных архей преобладали представители порядка Methanomassiliicoccales (до 3.3 % от всех чтений последовательностей гена 16S рРНК). Также были обнаружены метаногенные археи порядков Methanofastidiosales, Methanobacteriales и Methanomicrobiales. Кроме того, на этих восстановленных горизонтах встречались и аэробные/факультативно анаэробные метанотрофные бактерии семейств Methylococcaceae и Methylomonadaceae, но относительная численность (выраженная в процентах чтений последовательностей от общего их числа) анаэробных метанотрофных архей была там крайне невысокой. По всей видимости, окисление метана в донных осадках Карского моря, где на большинстве исследованных станций его концентрация резко увеличивалась с глубиной осадка, происходит преимущественно в аэробных условиях поверхностных горизонтов, где относительная численность и филогенетическое разнообразие метанотрофов выше.

Об авторах

А. Л. Брюханов

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова

Email: vsev@geokhi.ru

биологический факультет

Россия, 119234, Москва, Ленинские горы, 1/12

В. С. Севастьянов

Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: vsev@geokhi.ru
Россия, 119991, Москва, ул. Косыгина, 19

М. Д. Кравчишина

Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН

Email: vsev@geokhi.ru
Россия, 117997, Москва, Нахимовский проспект, 36

С. А. Воропаев

Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН

Email: vsev@geokhi.ru
Россия, 119991, Москва, ул. Косыгина, 19

Н. В. Душенко

Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН

Email: vsev@geokhi.ru
Россия, 119991, Москва, ул. Косыгина, 19

А. В. Кураков

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова

Email: vsev@geokhi.ru

биологический факультет

Россия, 119234, Москва, Ленинские горы, 1/12

В. Ю. Федулова

Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН

Email: vsev@geokhi.ru
Россия, 119991, Москва, ул. Косыгина, 19

Список литературы

  1. Воропаев С. А., Севастьянов В. С., Душенко Н. В., Брюханов А. Л. (2023) Оценка потока метана со дна Карского моря. ДАН. Науки о Земле. 512(1), 138–142.
  2. Галимов Э. М., Кодина Л. А. (1982) Исследование органического вещества и газов в донных толщах дна Мирового океана. М.: Наука, 228 с.
  3. Галимов Э. М., Кодина Л. А., Степанец О. В., Коробейник Г. С. (2006) Биогеохимия Российской Арктики. Карское море. Результаты исследований по проекту SIRRO 1995–2003 годы. Геохимия 44(11), 1139–1191.
  4. Кохан А. В., Мороз Е. А., Еременко Е. А., Денисова А. П., Ананьев Р. А., Сухих Е. А., Никифоров С. Л., Соколов С. Ю., Разумовский А. А. (2023) Флюидогенный рельеф районов распространения многолетней мерзлоты на шельфе Печорского и Карского морей. Вестник Московского университета. Серия 5. Геогр. 78(3), 104–124.
  5. Кравчишина М. Д., Клювиткин А. А., Новигатский А. Н., Глуховец Д. И., Шевченко В. П., Белан Б. Д. (2023) 89-й рейс (1-й этап) научно-исследовательского судна «Академик Мстислав Келдыш»: климатический эксперимент во взаимодействии с самолетом-лабораторией Ту-134 «Оптик» в Карском море. Океанология. 63(3), 492–495.
  6. Леин А. Ю., Иванов М. В. (2009) Биогеохимический цикл метана в океане. М.: Наука, 575 с.
  7. Леин А. Ю., Кравчишина М. Д., Политова Н. В., Саввичев А. С., Веслополова Е. Ф., Мицкевич И. Н., Ульянова Н. В., Шевченко В. П., Иванов М. В. (2012) Трансформация взвешенного органического вещества на границе вода–дно в морях Российской Арктики (по изотопным и радиоизотопным данным). Литология и полезные ископаемые. 2, 115–145.
  8. Леин А. Ю., Маккавеев П. Н., Саввичев А. С., Кравчишина М. Д., Беляев Н. А., Дара О. М., Поняев М. С., Захарова Е. Е., Розанов А. Г., Иванов М. В., Флинт М. В. (2013) Процессы трансформации взвеси в осадок в Карском море. Океанология. 53(5), 643–679.
  9. Леин А. Ю., Русанов И. И., Саввичев А. С., Пименов Н. В., Миллер Ю. М., Иванов М. В., Павлова Г. Ф. (1996) Биогеохимические процессы циклов углерода и серы в Карском море. Геохимия. 34(11), 1027–1044.
  10. Миронюк С. Г., Колюбакин А. А., Голенок О. А., Росляков А. Г., Терехина Я. Е., Токарев М. Ю. (2019) Грязевулканические структуры (вулканоиды) Карского моря: морфологические особенности и строение // Геология морей и океанов: материалы XXIII Международной научной конференции (Школы) по морской геологии. М.: ИО РАН. Т. 5, 192–196.
  11. Намсараев Б. Б., Русанов И. И., Мицкевич И. Н., Веслополова Е. Ф., Большаков А. М., Егоров А. В. (1995) Бактериальное окисление метана в эстуарии реки Енисей и Карском море. Океанология. 35(1), 88–93.
  12. Рокос С. И., Тарасов Г. А. (2007) Газонасыщенные осадки губ и заливов южной части Карского моря. Бюллетень комиссии по изучению четвертичного периода. 67, 66–75.
  13. Саввичев А. С., Русанов И. И., Кадников В. В., Белецкий А. В., Равин Н. В., Пименов Н. В. (2018) Состав микробного сообщества и активность микробных процессов цикла метана в поверхностных осадках Ямальского сектора юго-западной части Карского моря. Микробиология. 87(2), 178–190.
  14. Федоров Ю. А., Тамбиева Н. С., Гарькуша Д. Н., Хорошевская В. О. (2007) Метан в водных экосистемах. Ростов на Дону — Москва: ЗАО «Ростиздат», 330 с.
  15. Begmatov S., Savvichev A. S., Kadnikov V. V., Beletsky A. V., Rusanov I. I., Klyuvitkin A. A., Novichkova E. A., Mardanov A. V., Pimenov N. V., Ravin N. V. (2021) Microbial communities involved in methane, sulfur, and nitrogen cycling in the sediments of the Barents Sea. Microorganisms. 9(11), 2362.
  16. Boetius A., Ravenschlag K., Schubert C. J., Rickert D., Widdel F., Gieseke A., Amann R., Jørgensen B. B., Witte U., Pfannkuche O. (2000) A marine microbial consortium apparently mediating anaerobic oxidation of methane. Nature. 407(6804), 623–626.
  17. Borrel G., Fadhlaoui K., Ben Hania W., Gaci N., Pehau-Arnaudet G., Chaudhary P. P., Vandekerckove P., Ballet N., Alric M., O’Toole P. W., Fardeau M. L., Ollivier B., Brugère J. F. (2023) Methanomethylophilus alvi gen. nov., sp. nov., a novel hydrogenotrophic methyl-reducing methanogenic archaea of the order Methanomassiliicoccales isolated from the human gut and proposal of the novel family Methanomethylophilaceae fam. nov. Microorganisms. 11(11), 2794.
  18. Cabrol L., Thalasso F., Gandois L., Sepulveda-Jauregui A., Martinez-Cruz K., Teisserenc R., Tananaev N., Tveit A., Svenning M. M., Barret M. (2020) Anaerobic oxidation of methane and associated microbiome in anoxic water of Northwestern Siberian lakes. Sci. Total Environ. 736, 139588.
  19. Chistoserdova L. (2015). Methylotrophs in natural habitats: current insights through metagenomics. Appl. Microbiol. Biotechnol. 99(14), 5763–5779.
  20. Conrad R. (2009) The global methane cycle: recent advances in understanding the microbial processes involved. Environ. Microbiol. Rep. 1(5), 285–292.
  21. Edgar R. C. (2010) Search and clustering orders of magnitude faster than BLAST. Bioinformatics. 26(19), 2460–2461.
  22. Frey B., Rime T., Phillips M., Stierli B., Hajdas I., Widmer F., Hartmann M. (2016) Microbial diversity in European alpine permafrost and active layers. FEMS Microbiol. Ecol. 92(3), fiw018.
  23. Jacobsson M., Andreassen K., Bjarnadottir L. R., Dove D., Dowdeswell J. A., England J. H., Funder S., Hogan K., Ingolfsson O., Jennings A., Larsen N. K., Kircher N., Landvik J. Y., Mayer L., Mikkelsen N., Moller P., Niessen F., Nilson J., O’Regan M., Polyak L., Norgaard-Pedersen N., Stein R. (2014) Arctic Ocean glacial history. Quat. Sci. Rev. 92, 40–67.
  24. Jeong S.-Y., Kim T. G. (2019) Development of a novel methanotrophic process with the helper microorganism Hyphomicrobium sp. NM3. J. Appl. Microbiol. 126(2), 534–544.
  25. Kendall M. M., Boone D. R. (2006) The order Methanosarcinales. In: The Prokaryotes (Dworkin M., Falkow S., Rosenberg E., Schleifer K.-H., Stackebrandt E. eds.). N.Y.: Springer. Vol. 3, 244–256.
  26. Knief C. (2015) Diversity and habitat preferences of cultivated and uncultivated aerobic methanotrophic bacteria evaluated based on pmoA as molecular marker. Front. Microbiol. 6, 1346.
  27. Lang K., Schuldes J., Klingl A., Poehlein A., Daniel R., Brunea A. (2015) New mode of energy metabolism in the seventh order of methanogens as revealed by comparative genome analysis of “Candidatus Methanoplasma termitum”. Appl. Environ. Microbiol. 81(4), 1338–1352.
  28. Magoč T., Salzberg S. L. (2011) FLASH: fast length adjustment of short reads to improve genome assemblies. Bioinformatics. 27(21), 2957–2963.
  29. Martin-Pozas T., Cuezva S., Fernandez-Cortes A., Cañaveras J. C., Benavente D., Jurado V., Saiz-Jimenez C., Janssens I., Seijas N., Sanchez-Moral S. (2022) Role of subterranean microbiota in the carbon cycle and greenhouse gas dynamics. Sci. Total Environ. 831, 154921.
  30. Miner K. R, Turetsky M. R, Malina E., Bartsch A., Tamminen J., McGuire A. D., Fix A., Sweeney C., Elder C. D., Miller C. E. (2022) Permafrost carbon emissions in a changing Arctic. Nat. Rev. Earth Environ. 3, 55–67.
  31. Oren A., Garrity G. M. (2021) Valid publication of the names of forty-two phyla of prokaryotes. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 71(10), 005056.
  32. Orphan V. J., House C. H., Hinrichs K. U., McKeegan K. D., DeLong E. F. (2002) Multiple archaeal groups mediate methane oxidation in anoxic cold seep sediments. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 99(11), 7663–7668.
  33. Portnov A., Mienert J., Serov P. (2014) Modeling the evolution of climate-sensitive Arctic subsea permafrost in regions of extensive gas expulsion at the West Yamal shelf. J. Geophys. Res. Biogeosci. 119(11), 2082–2094.
  34. Portnov A., Smith A. J., Mienert J., Cherkasov G., Rekant P., Semenov P., Serov P., Vanshtein B. (2013) Offshore permafrost decay and massive seabed methane escape in water depths >20 m at the South Kara Sea shelf. Geophys. Res. Lett. 40(15), 3962–3967.
  35. Romanovskii N. N., Hubberten H.-W., Gavrilov A. V., Eliseeva A. A., Tipenko G. S. (2005) Offshore permafrost and gas hydrate stability zone on the shelf of East Siberian Seas. Geo-Mar. Lett. 25, 167–182.
  36. Schreiber L., Holler T., Knittel K., Meyerdierks A., Amann R. (2010) Identification of the dominant sulfate-reducing bacterial partner of anaerobic methanotrophs of the ANME-2 clade. Environ. Microbiol. 12(8), 2327–2340.
  37. Semenov P., Portnov A., Krylov A., Egorov A., Vanshtein B. (2020) Geochemical evidence for seabed fluid flow linked to the subsea permafrost outer border in the South Kara Sea. Geochemistry. 80(3), 125509.
  38. Serov P., Portnov A., Mienert J., Semenov P., Ilatovskaya P. (2015) Methane release from pingo-like features across the South Kara Sea shelf, an area of thawing offshore permafrost. J. Geophys. Res. Earth Surf. 120, 1515–1529.
  39. Takeuchi M., Ozaki H., Hiraoka S., Kamagata Y., Sakata S., Yoshioka H., Iwasaki W. (2019) Possible cross-feeding pathway of facultative methylotroph Methyloceanibacter caenitepidi Gela4 on methanotroph Methylocaldum marinum S8. PLOS One. 14(3), e0251538.
  40. Vekeman B., Kerckhof F. M., Cremers G., de Vos P., Vandamme P., Boon N., Op den Camp H. J., Heylen K. (2016) New Methyloceanibacter diversity from North Sea sediments includes methanotroph containing solely the soluble methane monooxygenase. Environ. Microbiol. 18(12), 4523–4536.
  41. Wang Q., Garrity G. M., Tiedje J. M., Cole J. R. (2007) Naive Bayesian classifier for rapid assignment of rRNA sequences into the new bacterial taxonomy. Appl. Environ. Microbiol. 73(16), 5261–5267.
  42. Wegener G., Krukenberg V., Ruff S. E., Kellermann M. Y., Knittel K. (2016) Metabolic capabilities of microorganisms involved in and associated with the anaerobic oxidation of methane. Front. Microbiol. 7, 46.
  43. Xie F., Zhao S., Zhan X., Zhou Y., Li Y., Zhu W., Pope P. B., Attwood G. T., Jin W., Mao S. (2024). Unraveling the phylogenomic diversity of Methanomassiliicoccales and implications for mitigating ruminant methane emissions. Genome Biol. 25(1), 32.
  44. Yu H., Speth D. R., Connon S. A., Goudeau D., Malmstrom R. R., Woyke T., Orphan V. J. (2022) Community structure and microbial associations in sediment-free methanotrophic enrichment cultures from a marine methane seep. Appl. Environ. Microbiol. 88(11), e0210921.
  45. Zellner G., Stackebrandt E., Messner P., Tindall B. J., Conway de Macario E., Kneifel H., Sleytr U. B., Winter J. (1989) Methanocorpusculaceae fam. nov., represented by Methanocorpusculum parvum, Methanocorpusculum sinense spec. nov. and Methanocorpusculum bavaricum spec. nov. Arch. Microbiol. 151(5):381–390.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024