Метанобразующие археи в многолетнемерзлых отложениях

• Автор: Кривушин, Кирилл Владимирович
• Шифр специальности: 03.02.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 103 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Метан и его роль в биосфере

1.2. Основные источники метана

1.3. Метанобразующие археи

1.4. Таксономия и филогения метаногенов

1.5. Субстраты для метаногенеза

1.6. Молекулярно-биологические подходы^ характеристике сообществ микроорганизмов цикла метана

1.7. Метаногены холодных экотопов

1.8. Трофические связи в сообществе метаногенов в холодных экотопах

1.9. Метаногенез в условиях низких температур
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Колымская низменность
2.2. Сухие долины Антарктиды
ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1. Отбор и датирование образцов
3.2. Схема экспериментов
3.3. Полевые и аналитические методы
3.4. Микробиологические методы
3.5. Молекулярно-генетические методы
3.5.1. Выделение тотальной ДНК
3.5.2. Определение нуклеотидной последовательности гена 16в рРНК чистых культур
3.5.3. Филогенетический анализ
3.5.4. Определение ГЦ состава, ДНК
3.5.5. ДНК-ДНК гибридизация
3.5.6. Полиморфизм длин концевых рестрикционных фрагментов (Т-РР1Р)
3.5.7. Одноцепочечный конформационный полиморфизм (ввСР)
3.3.8. Конструирование библиотеки клонов генов 168» рРНК
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ
4.1 Исследование структуры сообщества метаногенов многолетнемерзлых пород Арктики
4.2 Метанобразующие археи из многолетнемерзлых пород Колымской низменности
4.2.1 Штамм МеИпапоБагсюа ер. Л_
4.2.2 Штаммы Ме^апоЬа^епит эр. МКЗ и МеМапоЬас1епит эр. МК
4.3 Метаногены в вечномерзлых отложениях-Антарктиды
ГЛАВА 5. ОБСУЖДЕНИЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы.. Исследования последних десятилетий; показали; что низкотемпературные экосистемы играют важную роль в формировании; климата Земли и балансе парниковых газовгв атмосфере [Gorradi et al., 2005], а тундровая зона является значимым источником биогенного метана. В начале девяностых годов было установлено, что помимо сезонно-талого слоя» значительное - количество метана находится* в вечной мерзлоте и выведено из* современного биогеохимического круговорота [Ривкина и др., 1992; Rivkina; et al, 2001; Gilichinsky et alt, 1997; Wright, et al.,: 1998]. В;многолетнемерзлых породах, наряду с метаном,, сохраняются; и жизнеспособные анаэробные: микроорганизмы, в том числе, метанобразующие археи [Rivkina et al., 1998].
Метан в верхних горизонтах криолитосферы, в отличие от глубинного; способен легко высвободиться в атмосферу при деградации» мерзлоты, что сегодня наблюдается, например, при термоабразии Арктического; побережья. Кроме того, можно ожидать, что в случае оттаивания мерзлоты палеомикробное сообщество будет активно вовлекаться в биогеохимические процессы, включая продуцирование парниковых газов за счет ставшего доступным органического вещества [Rivkina et al., 2001]. Использование радиоактивно меченых субстратов (NaH14C03 и Na14CH3C02) показало, что метанобразование в многолетнемерзлых породах может происходить не только при их оттаивании, но и при отрицательных температурах до -16.5°G [Rivkina et al., 2002, 2004,.2005]. Последнее свидетельствует о возможности метаболической, активности метаногенов в многолетнемерзлых породах. Для* оценки»: поведения метансодержащих пород при деградации мерзлоты,, •необходимо»знать содержание в них метана и закономерности распределения метанобразущих архей' в основных стратиграфических горизонтах мерзлой» толщи.

ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1. Отбор и датирование образцов
Образцы отбирали асептически из горизонтов разного возраста. и генезиса посредством колонкового бурения мерзлых пород станком УКБ-12/25 [Гиличинский и др., 1989; Shi et ah, 1997]. Отобранные пробы хранились при температуре-18С0 до начала анализов.
Образцы датированы методами прямого радиоуглеродного датирования. Возраст образцов древнее 60 тыс. лет определялся непрямыми геологическими методами (палеонтологический, палеомагнитный и споро-пыльцевой анализы).
3.2. Схема экспериментов.
Экспериментальная работа выполнялась согласно представленным ниже схемам.
В образцах арктической мерзлоты определяли содержание и изотопный состав метана и прочие физико-химические параметры (рис. 8). Параллельно их подвергали анаэробному культивированию для выделения культур метаногенов. А так же, из образцов породы, выделяли тотальную ДНК и проводили молекулярно-экологические исследования.
Для исследования образцов Антарктиды был использован несколько другой подход (рис. 9). В образцах определяли содержание и изотопный состав метана и прочие параметры. Затем их подвергали анаэробному культивированию. После активации сообщества метаногенов из данного образца выделяли тотальную ДНК и клонированием определяли состав сообщества.
Следует отметить, что для анаэробного культивирования нами были созданы условия для селективного развития всех групп метаногенов - по