Разнообразие прокариотных сообществ сульфидных карстовых пещер чеченской республики

Аннотация

Впервые проведено комплексное изучение прокариотных сообществ (микробиомов) бактериальных матов и сноттитов карстовых пещер Шеки-Хьехи сравнение их с почвоподобными телами (ППТ) из пещеры Мухаммед-Хьехи расположенной рядом с пещерами бурой лесной почвой. Общая численность бактериальных клеток в матах и сноттитах варьировала в относительно узких пределах — от 0,26 до 0,35 млрд клеток∙мл^‒1, быламаксимальной в плавучих бактериальных матах и минимальной — в сноттитах. В ППТ общая численность бактерий составляла 0,28 млрд клеток∙г^‒1. Актиномицетный мицелий был обнаружен во всех образцах пещер, максимальные показатели обнаружены в плавучих бактериальных матах, минимальные — в бактериальных матах вдоль берега источника. Данные, полученные методом метабаркодинга (секвенирование гена 16S рРНК), свидетельствуют о высоком таксономическом разнообразии прокариотных сообществ исследованных субстратов. Максимальное разнообразие было обнаружено в плавучих бактериальных матах (25 филума, 74 рода). Во всех исследованных субстратах пещер доминировали филумы Pseudomonadota, Bacillota, в плавучих бактериальных матах также Bacteroidota. Ниже было содержание филумов Actinomycetota, Verrucomicrobiota, Chloroflexota, Chlorobiota и Thermodesulfobacteriota. Общими для почвы и плавучих бактериальных матов были 11 филумов бактерий — Pseudomonadota, Bacillota, Bacteroidota, Verrucomicrobiota, Chlorobiota, Chloroflexota, Actinomycetota,Acidobacteriota,Cyanobacteriota, Planctomycetota, Armatimonadotaи 2 филума-кандидата —Sumerlaeota и Hydrogenedentes. В образцах бактериальных матов обнаружено 2 филума домена Archaea— Woesearchaeota, Nanoarchaeota. В исследованных субстратах был детектирован 191 род домена Bacteria. Общими для бактериальных матов и почвы оказались лишь 12 родов — Brevundimonas, Devosia, Flavobacterium, Luteolibacter, Paenibacillus,Paenisporosarcina, Pseudarthrobacter, Pseudomonas, Rhodanobacter, Sphingomonas, Sumerlaea, Thermomonas. Специфической особенностью микробных сообществ плавучих бактериальных матов является высокая представленность родов бактерий, связанных с процессами трансформации соединений серы. Анализ функционального профиля микробных сообществ выявил преобладание в бактериальных матах функций, связанных с циклами серы и железа, в почве отмечено преобладание функций, связанных с циклом азота и хемогетеротрофии.

Литература

1. Белов А.А., Чепцов В.С., Лысак Л.В. Методы идентификации почвенных микроорганизмов. М., 2020. 2. Горячкин С.В. География экстремальных почв и почвоподобных систем // Вестн. Рос. акад. наук. 2022. Т. 92, № 6. С. 564–571. https://doi.org/10.31857/S0869587322060056 3. Горячкин С.В., Мергелов Н.С., Таргульян В.О. Генезис и география почв экстремальных условий: элементы теории и методические подходы // Почвоведение. 2019. № 1. С. 5–19. https://doi.org/10.1134/S0032180X19010040 4. Джабраилов С.-Э.М., Самохин Г.В. Перспективы развития спелеотуризма в Чеченской Республике // Вестн. КНИИ РАН. 2020. № 1(1). С. 156–177. https://doi.org/10.34824/VKNIIRAN.2020.62.61.021 5. Звягинцев Д.Г. Методы почвенной микробиологии и биохимии. М., 1991. 304 с. 6. Лысак Л.В., Добровольская Т.Г., Скворцова И.Н. Методы оценки бактериального разнообразия почв и идентификации почвенных бактерий. М., 2003. 120 с. 7. Мазина С.Е., Карпова М.С., Голубничая М.А. и др. Микробиота глинистых отложений пещеры Киндерлинская // Успехи медицинской микологии. 2014. Т. 12, Гл. 2. С. 124–125. 8. Потапов С.С., ЧервяцоваО.Я., Паршина Н.В. и др. К минералогии пещеры Шеки-Хьех (Шатойский район, Чеченская Республика) // Минералогия техногенеза. 2017. № 18. С. 17–32. 9. Рябова А.С., Кузьмина Л.Ю., ГалимзяноваН.Ф. Микробные сообщества карстовых пещер // Биология, биохимия, генетика. 2022. № 4. С. 18–25. 10. Семиколенных А.А.Почвоподобные тела автохемолитотрофных экосистем пещер (на примере пещер хребта Кугитангтау, Восточный Туркменистан): Автореф. дис. … канд. биол. наук. М., 2006. 11. Теория и практика химического анализа почв / Под ред. Л.А. Воробьевой. М., 2006. 400 с. 12. Хмурчик В.Т., Максимович Н.Г., Мещерякова О.Ю. Микроорганизмы, карст, нефть и спелеогенез // Пещеры. 2010. Т. 33. С. 130–135. 13. Abraham W.R., Rohde M., Bennasar A. The family Caulobacteraceae // The Prokaryotes: Alphaproteobacteria and Betaproteobacteria / Eds. E. Rosenberg, E.F. DeLong, S. Lory, E. Stackebrandt, F. Thompson, 2022. P. 901–918. https://doi.org/10.1007/978-3-642-30197-1_259 14. Bray J.R., Curtis J.T. An ordination of the upland forest communities of southern Wisconsin // Ecol. Monogr. 1956. Vol. 26, № 4. P. 325–349. 15. Canaveras J.C., Sanchez-Moral S., Soler V., Saiz-Jimenez C. Microorganisms and microbially induced fabrics in cave walls // Geomicrobiol J. 2001. Vol. 18. P. 223–240. 16. Chervyatsova O.Y., Potapov S.S., Kuzmina L.Y. et al. Sulfuric acid speleogenesis in the North Caucasus: Sharo-Argun valley Caves (Chechen Republic, Russia) // Geomorphology. 2020. Vol. 369. P. 107346.https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2020.107346 17. De Waele J., D’Angeli I.M., Audra P. et al.Sulfuric acid caves of the world: A review // Earth-Sci. Rev. 2024. Vol. 250. P. 104693. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2024 18. Forti P. The role of the sulfide–sulfate reaction in the speleogenesis // Proc. 1st Congr. FEALC. OuroPreto (Brazil), 1988. P. 71–73. 19. Hose L.D., Pisarowicz J.A. Cueva de Villa Luz, Tabasco, Mexico: reconnaissance study of an active sulfur spring cave and ecosystem // J. Cave Karst Stud. 1999. Vol. 61, № 1. P. 13–21. 20. Jones D., Albrecht H., Dawson K. et al. Community genomic analysis of an extremely acidophilic sulfur-oxidizing biofilm // ISME J. 2012. Vol. 6. P. 158–170. https://doi.org/10.1038/ismej.2011.75 21. Jones D.S., Northup D.E. Cave decorating with microbes: geomicrobiology of caves // Elements. 2021. Vol. 17. P. 107–112. https://doi.org/10.2138/gselements.17.2.107 22. Louca S., Wegener Parfrey L., Doebeli M. Decoupling function and taxonomy in the global ocean microbiome // Science. 2016. Vol. 353. P. 1272–1277. https://doi.org/10.1126/science.aaf4507 23. Magurran A.E. Measuring biological diversity. Oxford, 2013. 264 p. 24. Pruesse E., Quast C., Knittel K. SILVA: a comprehensive online resource for quality checked and aligned ribosomal RNA sequence data compatible with ARB // Nucleic Acids Res. 2007. Vol. 35. P. 7188–7196. https://doi.org/10.1093/nar/gkm864 25. Reboleira A.S., Bodawatta K.H., Ravn N.M.R. et al. Nutrient-limited subarctic caves harbour more diverse and complex bacterial communities than their surface soil // Environ. Microbiome. 2022. Vol. 17. art. 41. https://doi.org/10.1186/s40793-022-00435-z 26. Riquelme C., Hathaway J.J.M., Dapkevicius M.L.E. et al. Bacterial communities in sulfurous caves: diversity, structure and functional potential // Front. Microbiol. 2015. Vol. 6. P. 484. https://doi.org/10.3389/fmicb.2015.01342 27. Sarbu S.M., Aerts J.W., Flot J.-F. et al. Sulfur Cave (Romania), an extreme environment with microbial mats in a CO₂–H₂S/O₂ gas chemocline dominated by mycobacteria // Int. J. Speleol. 2018. Vol. 47. P. 173–187. https://doi.org/10.5038/1827-806X.47.2.2164 28. Tomczyk-Żak K., Zielenkiewicz U. Microbial diversity in caves // Geomicrobiol. J. 2016. Vol. 33, № 1. P. 20–38. 29. Turrini P., Chebbi A., Riggio F.P. et al. The geomicrobiology of limestone, sulfuric acid speleogenetic, and volcanic caves: basic concepts and future perspectives // Front. Microbiol. 2024. Vol. 15. 1370520. https://doi.org/10.3389/fmicb.2024.1370520 30. Zada S., Xie J., Yang M. et al. Composition and functional profiles of microbial communities in two geochemically and mineralogically different caves // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2021. Vol. 105, № 23. P. 8921–8936. https://doi.org/10.1007/s00253-021-11658-4 31. Zhu Hai-Zhen, Jiang Cheng-Ying, Liu Shuang-Jiang. Microbial roles in cave biogeochemical cycling // Front. Microbiol. 2022. Vol. 13. https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.950005