К 300-летию со дня рождения
великого русского ученого-естествоиспытателя
Михаила Васильевича Ломоносова
и 140-летию со дня рождения
выдающегося русског микробиолога и полярного
исследователя, одного из основоположников
морской и геологической микробиологии
Бориса Лаврентьевича Исаченко

Отчёт по летней практике на Беломорской биологической станции МГУ

Отчёт выполнили студенты 3 – го курса кафедры микробиологии: Балаков Е., Бочкова Е., Гуридов А., Дербикова К., Кураков А., Попова Е., Пунегова А.

Руководитель практики — Колотилова Н. Н.

Ассистенты: Осмоловский А.А., Липей С.О.

Научный консультант — профессор Ивановский Р.Н.

Москва
Август 2011

Отличительная особенность Белого моря – богатая микрофауна. Здесь много и планктонных форм, и перифитона, а также симбиотических форм. В море солёность на постоянном уровне – таким образом создаётся мощный хемостат. В связи с этим у морских микроорганизмов обычно узкая нормареакции, растут они в 3% NaCl. К микроорганизмам-продуцентам Белого моря относятся фототрофы, в первую очередь, оксигенные, а также аноксигенные. Кроме того, как продуценты могут выступать хемолитотрофы. К деструкторам относятся гидролитики – целлюлозолитики, протеолитики, разрушители хитина. Также присутствует углеводородокисляющие бактерии, в частности, обитающие на поверхности бурых водорослей.
На примере микробиоты Белого моря можно изучать микроорганизмы, участвующие в глобальном цикле серы. Это сульфатредукторы, восстанавливающие сульфаты до сероводорода; аноксигенные фототрофы, использующие сероводород как донор электронов; серные бактерии типа Beggiatoa, окисляющие восстановленные соединения серы.

Скальные ванны

Скальные ванны – заполненные водой углубления в скалах, представляют собой особый тип местообитания (фото 1). Водоёмы такого типа можно обнаружить на некоторых беломорских островах вблизи ББС. Нами были исследованы скальные ванны северного берега острова Покормёжный и северного берега острова Костьян. Оба острова расположены к востоку от биостанции, а Покормёжный – практически в открытом море. Северные берега этих островов изобилуют скальными ваннами различной формы с линейными размерами до трех 3 метров. Условия среды могут сильно разниться даже в ваннах, расположенных на расстоянии нескольких метров друг от друга. По положению относительно моря можно условно выделить три типа ванн: наиболее удалённые от моря верхние ванны, по берегам нередко заросшие высшими растениями и имеющие облик болот (фото 2); наиболее близкие к морю нижние ванны, в которых нередко обнаруживаются бурые водоросли Fucus (фото 3, фото 4), а также промежуточная группа (фото 5). Вода в этих “средних” ваннах нередко имела зеленоватый или буроватый цвет, а на камнях на дне этих ванн обычно имелся налёт зелёного, жёлтого, пурпурного цвета (фото 6).

Можно выделить несколько факторов, определяющих условия в скальных ваннах.
1.Геологический фактор: рельеф местности, состав пород и угол залегания во многом формирует не только облик ванн, но и влияет на рН водоёма.
2.Воды осадков и стоков опресняют ванны. Очевидно, в большей степени этому подвержены верхние ванны.
3.Морская вода, попадая в ванны с приливами или при шторме, повышает солёность воды в ванне. Кроме того, буферные свойства морской воды делают возможным существование в этих условиях организмов особой группы.
4.Температура внешней среды и солнце способствуют изменению солёности водоёмов (происходит выпаривание соли, это было особенно ярко выражено на о. Костьян в ваннах промежуточного типа).
5.Высшие растения, произрастающие по берегам некоторых верхних ванн, способствуют повышению рН.

Фото 1. Скальные ванны – заполненные водой углубления в скалах, представляют собой особый тип местообитания	Фото 2. Наиболее удалённые от моря верхние ванны, по берегам нередко зарастают высшими растениями и имеют облик болота.	Фото 3. В самых близких к морю нижних ваннах нередко обнаруживаются бурые водоросли Fucus.
Фото 4. Одна из средних ванн на острове Покормежный.	Фото 5. Одна из скальных ванн с промежуточным положением.	Фото 6. Вода в средних ваннах нередко имеет зеленоватый или буроватый цвет, а на камнях на дне этих ванн обычно есть зелёный, жёлтый или пурпурный налёт.
	Скальные ванны островов Покормёжный и Костьян

Можно выделить несколько факторов, определяющих условия в скальных ваннах.
1.Геологический фактор: рельеф местности, состав пород и угол залегания во многом формирует не только облик ванн, но и влияет на рН водоёма.
2.Воды осадков и стоков опресняют ванны. Очевидно, в большей степени этому подвержены верхние ванны.
3.Морская вода, попадая в ванны с приливами или при шторме, повышает солёность воды в ванне. Кроме того, буферные свойства морской воды делают возможным существование в этих условиях организмов особой группы.
4.Температура внешней среды и солнце способствуют изменению солёности водоёмов (происходит выпаривание соли, это было особенно ярко выражено на о. Костьян в ваннах промежуточного типа).
5.Высшие растения, произрастающие по берегам некоторых верхних ванн, способствуют повышению рН.

Очевидно, весь комплекс факторов должен влиять на видовой состав микробиоты скальных ванн. Можно ожидать, что в ваннах, приближенных к морю, будет наблюдаться большее сходство по видовому составу с морем, а в наиболее удалённых от моря верхних ваннах будут обнаруживаться характерные для пресных вод виды. В то же время для средних ванн можно предположить доминирование автохтонной микробиоты.*

*Разные водоемы различаются как по физико-химическим условиям, так и по уровню первичной продукции (дистрофные, олиготрофные, мезотрофные и евтрофные). Органическое вещество может образовываться непосредственно в водоеме (автохтонное), а может попадать в водоем извне (аллохтонное). Организмы, освоившие разные варианты водоемов, используют разные экологические стратегии – совокупность реакций организма на действие факторов окружающей среды. Различают автохтонные и аллохтонные микроорганизмы. Автохтонные микроорганизмы постоянно присутствуют в сообществе независимо от количества питательных веществ в нем и растут, как правило, медленно, как К-стратеги. Аллохтонные (или зимогенные) микроорганизмы, появляются «всплесками», когда повышается содержание органического вещества (например, один раз в году при листопаде), растут как r-стратеги, т.е. с высокими скоростями роста. При таком быстром росте рассеивается много энергии и органического вещества. Позднее был определен еще один тип стратегии — L-стратегия, основанная на высокой устойчивости к возмущениям в окружающей среде и способности к переживанию неблагоприятных условий.

Остров Покормёжный (2.08.2011)

На северном берегу острова Покормёжный нами были исследованы 15 ванн. Непосредственно на месте в каждой из них измеряли солёность при помощи соленометра, а также рН с помощью рН-метра. В каждом из водоёмов были отобраны пробы воды, которые в дальнейшем микроскопировали. Для большинства прокариот, за исключением ряда характерных представителей, морфологические признаки для идентификации недостаточны, а для водорослей и цианобактерий было выполнено предварительное определение.

Таблица 1. Скальные ванны северного берега острова Покормёжный

Остров Костьян (5.08.2011)

Применялись те же методы исследования, что и для ванн острова Покормёжный. На Костьяне исследованы 10 водоёмов на западном и восточном склоне северного берега.

Таблица 2. Скальные ванны западного склона северного берега острова Костьян.

Список микроорганизмов, обнаруженных обнаруженных в скальных ваннах островов покормежного и Костьяна

Зелёные водоросли – Chlorophyta

Chlorogonium sp.
Closterium sp.
Dunaliella sp.
Scenedesmus sp.
Tetraedron sp.
Ulothrix sp.

Бурые водоросли – Ochrophyta, Phaeophyceae

Fucus sр. (макроорганизм)

Диатомовые водоросли – Bacillariophyсeae

Diatoma sp.
Fragillaria sp.
Melosira sp
Navicula sp.
Nitzschia sp.
Pinnularia sp.
Tabellaria sp

Эвгленовые водоросли – Euglenophyta

Euglena sp.

Коловратки – Rotatoria

Инфузории – Ciliophora

Paramecium sp.

Пурпурные серные бактерии

Chromatium sp.
Thiocystis sp.
Thiopedia sp.

Бесцветные серные бактерии

Achromatium sp.
Beggiatoa sp.
Thiodendron sp.
Thiothrix sp.

Цианобактерии

Anabaena sp.
Gloeothece sp.(Aphanocapsa sp?)
Gomphosphaera sp.(?)
Oscillatoria sp.
Spirulina sp.

Кроме того, были обнаружены одноклеточные водоросли и цианобактерии (фото 7), а также другие бактерии разнообразной морфологии (кокки, диплококки, вибрионы), идентифицировать которых не удалось.

Как и следовало ожидать, по видовому составу микробиота верхних, средних и нижних ванн значительно отличается друг от друга. Для средних ванн, вероятно, более характерна автохтонная микробиота, в то время как в верхних и нижних ваннах микробиота во многом аллохтонная. В верхних ваннах обнаружено большое количество микроскопических эукариот – диатомовых (Navicula, Diatoma, Pinnularia), зелёных (Ulothrix, Tetraedron, Closterium, Melosira, Dunaliella) и эвгленовых (Euglena) водорослей. Из прокариот были встречены цианобактерии Anabaena, Oscillatoria, а также
одноклеточные формы. Эти организмы являются в ваннах первичными продуцентами, осуществляющими фотосинтез, и служат пищей для зоопланктона – коловраток, рачков, инфузорий. В верхних ваннах, вероятно, есть и другие прокариоты, однако для выявления их следует провести более детальные исследования с посевом проб воды на питательные среды, не ограничиваясь лишь микроскопией проб.
Как уже было отмечено, ванны среднего уровня могли иметь зелёный или пурпурный налёт на камнях. В первом случае роль первичного продуцента принадлежит, как и в верхних ваннах, зелёным водорослям и нитчатым цианобактериям, причём последних становится больше, чем в верхних ваннах.

В красных водоёмах в качестве продуцентов могут выступать фототрофныепурпурные серные бактерии (Thiocystis, Thiopediа и хемолитотрофные бесцветные серные бактерии (Achromatium, Beggiatoa, Thiothrix, фото 8).В ваннах были обнаружены серные нитчатые бактерии (фото 9), ассоциированные с нитчатыми водорослями, в некоторых ваннах они весьма многочисленны.

Встречены в ваннах этого типа и зелёные и диатомовые водоросли, но их количество меньше. Доминирующими фототрофами являются, главным образом, цианобактерии и пурпурные бактерии. На этом же уровне обнаружены ванны с наиболее высокой солёностью, где обитает галофил Dunaliella.

Нижние ванны наиболее холодные, и по солёности сходны с морской водой. Это влияет на видовой состав обитающих там микроорганизмов. Здесь почти нет цианобактерий, диатомей, зелёных водорослей, а первичным продуцентом служит типично морская бурая водоросль Fucus.

Литораль

Литораль — зона, затопляемая во время прилива и осушаемая при отливе. Она располагается между уровнем воды в самый низкий отлив и уровнем воды в самый высокий прилив; покрывается водой и освобождается от неё дважды в сутки. Ограничена сверху супралиторалью, снизу — сублиторалью. В зависимости от уклона дна и амплитуды приливо-отливных колебаний ширина литорали может быть от нескольких до многих сотен метров. Ширина и характер грунта, слагающего литораль, зависит от характера залегания подстилающих коренных пород, воздействия ветров, силы и направления прибрежных течений, а также наличия берегового стока. В районе ББС МГУ ширина литорали варьирует от нескольких до двух-трех сотен метров. На участках, подверженных сильному прибою, литораль, как правило, узкая, всего несколько метров в ширину. Она может быть скальной — в виде «бараньих лбов» округлых очертаний, валунной, гравийной песчано-гравийной. Большая часть береговой линии в окрестностях биостанции не столь подвержена волновому воздействию, и ее ширина до нескольких десятков метров. Между уровнями среднего квадратурного прилива и среднего квадратурного отлива, как правило, находится зона из мягких грунтов, чаще алевритисто-песчаных с примесью грубообломочного материала; у нижней границы осушки обычно тянется валунный пояс, сформированный в результате взаимодействия припайных льдов и приливно-отливных колебаний, а мористее его (ближе к морю) — отливный пляж, либо склон, который уходит под уровень сизигийного отлива.

Независимо от типа субстрата литоральной зоны (камни, песок, ил) живущие в ней организмы должны быть приспособлены к периодическому (ежесуточному) воздействию воздуха и горячих солнечных лучей во время отлива. Подвижные существа спасаются от высыхания, живя в норках или образуя трубочки, куда прячутся при спаде воды, либо заползают под камни, кучи водорослей и т. п. Многим из неподвижных организмов свойственна тонкая, быстро высыхающая на воздухе кожа. Они вынуждены бороться с высыханием, образуя плотные скопления, к поверхности которых прикрепляются кусочки раковин и другие мертвые частицы. Это помогает сохранить влагу внутри группы. Благодаря агрегационному образу жизни эти животные могут несколько часов оставаться на воздухе и не погибать под воздействием прямых солнечных лучей.

Изучение микобиоты литорали Белого моря

Эта часть микробиологической практики предполагает решение двух основных задач:
1) оценка видового состава микромицетов литорали Белого моря в целом;
2) сравнительный анализ роста и состава микромицетов в зависимости от следующих характеристик:
а) место отбора проб;
б) наличие NaCl в среде.

Для отбора проб была выбрана песчаная литораль на Еремеевском пороге.

Одна проба была отобрана из ризосферы Tripolium vulgare (Aster tripolium), и вторая — на песчаном заиленном грунте литорали.

Определение состава микромицетов из этих проб проводилось на среде ГПА (глюкозо-пептонный агар) с добавлением дрожжевого экстракта. В качестве элективного фактора в этой среде присутствовал Str-SO42- (Стрептомицин сульфат — аминогликозидный антибиотик широкого спектра действия). Среда была приготовлена в двух вариантах – с добавлением и без добавления 3% NaCl. Рост только при концентрации 3% NaCl, характерной для морской воды, должен был служить указанием на вероятную приуроченность микроорганизмов к морской среде обитания. Посев был сделан в 2х повторностях. Микроорганизмы культивировали в термостате в течение 4 суток.

В результате было выделено и идентифицировано 6 основных родов грибов:
1. Penicillium;
2. Mucor;
3. Fusarium;
4. Chaetomiu;
5. Alternaria;
6. неидентифицированные представители порядка Zygomycetales.

Были выявлены следующие закономерности:
1. Использованные в среде концентрации NaCl на рост микромицетов влияют незначительно, что, скорее всего, свидетельствует об их широкой норме реакции.
2. Более обильный рост был отмечен в случае посева пробы №1 (ризосфера галофтов), рост микроорганизмов из пробы литорали был более слабым.

Актиномицеты литорали Белого моря

Задачей изучения актиномицетов Белого моря было определение видового состава в пределах литорали Еремеевской губы.
Была приготовлена минеральная среда Гаузе следующего состава:
KNO₃ — 1 г/л
K₂HPO₄ — 0,5 г/л
MgSO₄ — 0,5 г/л
крахмал — 20 г/л
агар — 30 г/л

Среда была приготовлена в двух вариантах: с добавлением 3% NaCl и без NaCl.

Пробы были отобраны по тому же принципу, что и в предыдущей задаче: одна из ризосферы галофитов Tripolium vulgare(Aster tripolium), и вторая из оголенной песчаной части верхней литорали. Посев делали в двух повторностях. В результате были обнаружены колонии рода Streptomyces следующих морфотипов:
1) белые матовые плоские;
2) серые матовые концентрические;
3) белые с фиолетовым центром.

В противоположность грибам, в случае проб из ризосферы колоний было больше. Концентрации NaCl в среде на уровень роста актиномицетов влияют незначительно.

Выделение углеводородокисляющих микроорганизмов

Самоочищение моря от нефтяного загрязнения – сложный, многофакторный процесс, в котором одновременно участвуют и физические, и химические, и биологические механизмы: испарение, рассеяние, растворение, эмульгирование, агрегирование, сорбирование на взвесях, химическое и фотохимическое окисление, физическая и биологическая седиментация. Однако, согласно современным представлениям, единственным компонентом водных экосистем, способным разрушать антропогенные нефтяные углеводороды и вводить их в естественный круговорот органических веществ, являются микроорганизмы; описано 70 родов микроорганизмов, включающих 28 родов бактерий (свыше 100 видов), 30 видов грибов и 12 видов дрожжей, окисляющих один или несколько углеводородов.

В связи с этим был поставлен следующий опыт. Приготовлена жидкая минеральная среда для углеводородокисляющих микроорганизмов с разной концентрацией NaCl или морской соли (0%; 1%; 3%; 5%), в нее внесено дизельное топливо и кусочки фукусов. Через неделю во всех вариантах посева был отмечен рост микроорганизмов. Затем из каждого варианта был произведен посев на твердую агаризованную среду (БСА). Рост по штриху во всех вариантах выглядел примерно одинаково. Засеянные чашки Петри были привезены в Москву для дальнейшего исследования.

Сообщество вала гниющих фукусов

В верхней литорали располагается зона штормовых выбросов. Она представляет собой полосу гниющих водорослей, принесенных приливом. Гниющие фукусы являются местом обитания для определенных сообществ микроорганизмов. Данный биотоп богат углеродом, но беден связанными формами азота, в связи с чем наблюдается высокое количество азотфиксирующих организмов. Также присутствует сероводород, который выделяется при разложении белков из серосодержащих аминокислот: цистеина и метионина. Из данного местообитания выделяли три группы микроорганизмов: аэробных гетеротрофов, сульфатредукторов и азотфиксаторов.

Аэробные гетеротрофы

Смыв с гниющих фукусов высевали на БСА. Через три дня было обнаружено два типа колоний:

— бежевые глянцевые колонии с волнистым краем. Микроскопия показала наличие подвижных палочек. Клетки грамотрицательные, каталазоположительные (фото 10).

— бежевые глянцевые округлые колонии. При микроскопировании обнаружены подвижные палочки. Клетки грамотрицательные, каталазоположительные (фото 11).

Колонии микроорганизмов из смыва с гниющих фукусов	Фото 10. Бежевые глянцевые колонии с волнистым краем. Окраска фуксином, увеличение 900х.	Фото 11. Бежевые глянцевые округлые колонии. Окраска фуксином, увеличение 900х.

Сульфатредукторы

Большинство сульфатредукторов являются хемооргано- или хемолитогетеротрофами. Одни окисляют органические кислоты до ацетата, другие окисляют ацетат до углекислоты.
Для выделения сульфатредукторов использовали жидкую среду Ван-Дельдена следующего состава (г/л):
Аспарагин – 1,0;
MgSO₄ – 1,0;
K₂HPO₄ – 0,5;
Fe – цитрат – 0,1-0,5.
Культивирование проводили в анаэробных условиях в высоких пробирках с резиновыми пробками. Использовали три варианта среды, содержащие разные источники углерода: ацетат, цитрат, глюкозу. Талломы гниющих фукусов помещали в среду.

Через два дня провели анализ посевов. О наличии сульфатредукторов судили по потемнению среды и образованию сероводорода.
Наиболее обильный рост сульфатредукторов наблюдался на среде с цитратом. В пробирках с ацетатом рост был менее обилен. Из этого наблюдения мы можем сделать вывод, что в пробе преобладали сульфатредукторы, окисляющие цитрат.
В пробирках с глюкозой наблюдалось ярко выраженное брожение (обильное образование пузырьков газа), из чего следует, что данная среда наиболее благоприятна для развития бродильщиков. Позднее в этой среде был констатирован рост сульфатредуцирующих бактерий, развивавшихся, видимо, за счет органических кислот — продуктов брожения глюкозы.
Микроскопия выявила наличие в культурах палочек и нитей.

Азотфиксаторы

При выделении азотфиксаторов нами были обнаружены бактерии рода Clostridium. Это анаэробные грамположительные палочки, образующие эндоспоры клостридиального типа, они проводят маслянокислое или смешанное брожение. Для выделения азотфиксаторов мы использовали среду c глюкозой, не содержащую связанных форм азота.

Выводы

При изучении микроорганизмов вала гниющих фукусов нами были выделены три группы микроорганизмов: аэробные гетеротрофы, сульфатредукторы, зотфиксаторы.

Гидролитики

Прибрежная зона Белого моря является местом обитания микроорганизмов, проявляющих способность к гидролизу биополимеров. Мы изучали две группы гидролитиков: протеолитиков и целлюлозолитиков.

Протеолитики

Протеолитические микроорганизмы осуществляют гидролиз белков. Источником выделения данных микроорганизмов был грунт с литорали. Была приготовлена суспензия на водопроводной воде. Разведение исходной суспензии (10-2) посеяли на чашки Петри со средой Ваксмана с казеинатом натрия, следующего состава (г/л):
Глюкоза – 10
KH₂PO₄ – 1,0
MgSO₄ – 0,5
Казеинат натрия – 10
Агар – 20
Казеинат натрия был единственным источником углерода.

Спустя сутки на среде были обнаружены белые округлые глянцевые кратерообразные колонии. Микроскопия показала наличие грамотрицательных, каталазоположительных палочек (фото 12).

Аналогично производился посев на агар с фибрином (г/л):
KH₂PO₄ – 1,0
MgSO₄ – 0,5
NaCl – 0,5
Фибрин – 10
Агар – 20
Фибрин был единственным источником углерода и азота.

При анализе посевов было обнаружено три типа колоний:
— белые округлые крупные глянцевые колонии. Грамотрицательные, каталазоположительные неподвижные палочки;
— белые округлые мелкие глянцевые колонии. Грамотрицательные, каталазоположительные. Маленькие толстые неподвижные палочки, есть споры;
— желтые плоские колонии с волнистым краем. Грамотрицательные, каталазоположительные. Подвижные палочки.

Также исследовали протеолитическую микробиоту около Черных щелей. Для этого выбрали затопляемую заиленную лагуну с постоянными очертаниями. Для определения локализации очагов гидролиза погружали вертикально пластинку с желатиновым покрытием; спустя неделю ее извлекли. На пластинке можно было наблюдать три области. Первая соответствовала воздушному горизонту (2,5 см). Вторая часть – водному (6 см). На этих участках изменений не наблюдалось. Нижняя часть пластинки была погружена в ил на глубину 15 см. На этом участке обнаружены области гидролиза (белые пятна). В некоторых участках желатиновый слой был гидролизован полностью. Большая часть зон гидролиза содержали некоторое количество желатина. Наибольшее количество пятен наблюдалось в верхней части пластинки. Вероятно, это говорит о преобладании гидролитиков в верхнем слое ила, что может быть связано с уменьшением количества кислорода и питательных веществ при погружении вглубь ила.

Целлюлозолитики

Целлюлозолитические микроорганизмы гидролизуют целлюлозу, используя продукты гидролиза в качестве источника углерода и энергии. Для их обнаружения использовали среду Гетчинсона-Клейтона следующего состава (г/л):

KH₂PO₄ – 1,0
MgSO₄ – 0,5
FeSO₄ – 0,01
NaNO₃ – 2,5
Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) – 10
Агар – 20

В среде Гетчинсона-Клейтона единственным источником углерода служит карбоксиметилцеллюлоза. Это позволяет выделить организмы, способные гидролизовать данный субстрат.
При анализе посевов были обнаружены два типа колоний:

— Белые колонии актиномицетов (фото 13). Тест на каталазу отрицательный.

— Мелкие бежевые колонии (фото 14). Тест на каталазу положительный.

Также для обнаружения целлюлозной активности вертикально погружали фильтровальную бумагу в деревянной рамке в ил лагуны около Черных щелей, при этом вторая находилась в водном горизонте. Через неделю рамку с бумагой вынули и проанализировали.

Зон гидролиза, обнаруживаемых невооруженным глазом, выявлено не было. При микроскопировании в «водном» слое были обнаружены Oscillatoria sp., Thiocystis sp. На бумаге, погруженной в ил, были обнаружены Oscillatoria sp., Diatoma sp.

Перифитон

Для исследования перифитона нетканое полотно, натянутое на пяльцы, было вертикально закопано в ил и инкубировалось в течение 7 суток. Когда его достали, на нем четко были видны 3 зоны, соответствующие водной толще, иловым отложениям и зоне раздела сред ил-вода. Зона контакта воды и грунта была окрашена в бутылочно-зеленый цвет за счет большого количества цианобактерий рода Oscillatoria.

Выводы

Таким образом, в пробах, отобранных на литорали, были выделены микроорганизмы, обладающие гидролитической активностью.

Модельные опыты с фильтраторами

Фильтраторы — водные животные, питающиеся мелкими планктонными организмами или взвешенными частицами (детрит), отцеживаемыми из воды. Активные фильтраторы (многие ракообразные, оболочники, беззубые киты) сами создают ток воды через наружные или находящиеся внутри тела фильтрующие органы при помощи движения ресничек, конечностей, сокращения мускулатуры и т.п. Пассивные фильтраторы используют течения. Например, у морских лилий их расправленные лучи с многочисленными перистыми выростами образуют сложную фильтрующую сеть, неподвижно ориентированную навстречу течению. Фильтрация часто сочетается с улавливанием оседающих частиц (седиментаторы). К фильтраторам относятся многие представители морской и пресноводной фаун. Некоторые, например мидии, играют большую роль в очищении морской воды от взвеси в прибрежных районах.
Мидия съедобная (Mytilus edulis) часто поселяется на литорали — в зоне, осушаемой во время отлива. На Севере она может 6-8 месяцев быть вмерзшей в лед при температуре до -20° С. Продвижение ее на юг ограничено температурой +27° С, выше которой моллюски погибают. Мидии — типичные фильтраторы. Они пропускают через себя массу воды, отбирая из нее взвешенные микроскопические водоросли или частицы детрита — полуразложившиеся, нашпигованные бактериями фрагменты погибших животных и растений.

Нами проведён эксперимент, в ходе которого определяли скорость фильтрации у мидий и влияние на нее ингибиторов и ядовитых веществ в различных средах: морской воде, пресной воде, морской воде с добавлением CuSO4, растворе спирта с небольшой концентрацией и в воде с растворённым в ней стиральным порошком. Были выбраны примерно одинаковые по размеру особи и помещены в отдельные прозрачные пластиковые контейнеры. Во все контейнеры была добавлена дрожжевая суспензия, делающая раствор мутным. О скорости фильтрации судили по темпу просветления раствора. Первой очистилась жидкость, содержащая дрожжей в морской воде, второй – со спиртом («пьяная мидия» в процессе фильтрации высунула ногу и пыталась передвигаться).

Совсем не фильтровала и даже не открылась мидия в воде со стиральным порошком. Это можно объяснить тем, что стиральный порошок – детергент. Он уменьшает поверхностное натяжение и затрудняет фильтрацию, мидия даже не открывается. Можно предположить, что у «пьяной мидии» отсутствует алкогольдегидрогеназа, что позволяет ей даже в присутствии спирта хорошо фильтровать. В пресной воде, как и в морской с добавлением спирта, мидии пытались передвигаться, возможно, для того чтобы найти более подходящие условия. В контейнере с CuSO₄ фильтрация шла медленно, предположительно, из-за того что ионы Сu  ингибируют 4-й комплекс электрон-транспортной цепи — цитохромоксидазу, блокируя  передвижение электронов, и связывают кислород.

Озеро Вонючее (в вершине Вонючей губки)

В озере Вонючем, соединенном с Вонючей губкой, и в малом сильно опресненном озерке, которое расположено в самой вершине этой губы, было отобрано 7 проб (3.08.11 г.). В каждом месте взятия пробы измерена соленость воды, кислотность и температура.

Данные представлены в виде таблицы.

Сероводородный ручей вытекает из Вонючего озера и впадает в море. Органика образуется в оз. Вонючем в результате гниения водорослей рода Fucus. На камнях и илу в ручье образуется белый налет из серных пурпурных и бесцветны серных бактерий, а также зеленый налет из цианобактерий Oscillatoria. Все это микроорганизмы с автохтонной экологической стратегией. Температура в ручье в среднем 23 0С. Следовательно, живущие в нем микроорганизмы — мезофилы. Среди этой группы выделяются стенотермные и эвритермные организмы. К мезофилам относятся наиболее многочисленные группы протеобактерий, цианобактерий, грамположительных микроорганизмов.

В аэробной зоне водоема расположено множество экологических ниш. В поверхностной зоне преобладают микроорганизмы, находящиеся во взвешенном состоянии: клетки, имеющие жгутики, простеки, прикрепительные диски, газовые вакуоли, или организмы малых размеров. Из типов метаболизма преобладают фототрофия, метилотрофия и нитрификация.

Вся толща водной массы в зависимости от градиентов факторов поделена на ряд подзон:

1) подзона фотосинтеза;
2) подзоны продукции биомассы гетеротрофных и хемолитрофных микроорганизмов;
3) подзона деструкции органического вещества.

В водоемах с более высокой соленостью наблюдается заметная первичная продукция органического вещества за счет хемосинтеза. Основная масса органического вещества (как синтезированного в водоеме, так и привнесенного извне) разлагается в аэробной водной толще и не достигает дна. В поверхностном слое ила обитают прикрепленные или скользящие микроорганизмы. Это микроаэрофильные организмы родов Beggiatoa, Thiothrix, факультативно анаэробные цитофаги и бациллы, нитчатые бактерии, железобактерии, зеленые нитчатые бактерии. Некоторые бактерии осуществляют азотфиксацию, поскольку нет источников азота. Анаэробный распад в приповерхностном слое донных осадков осуществляют клостридии. За счет гниения тоже образуется H₂S из белков, в состав которых входят аминокислоты метионин и цистеин.
Нижние слои ила составляют сульфатредукторы и метаногены, завершающие анаэробную деструкцию упавших на дно растительных и животных остатков. 

Озеро Кисло-сладкое

Озеро Кисло-сладкое – удивительный объект, расположенный в 2 км от ББС. Небольшое озеро – 100 м в длину, 60 м в ширину со средней глубиной 1,5 м и максимальной 4,5 м. Это озеро примечательно тем, что это образец водоема совсем недавно утратившего связь с морем. Это объясняется тем, что Карельский берег поднимается со средней скоростью 4 мм в год (что может быть как проявлением сейсмической активности, так и поднятием земной коры после схода ледника). Менее полувека назад это был морской залив, теперь, с поднятием берега, пороги стали преградой для водного обмена между морем и заливом. Как и в других водоемах, здесь наблюдается стратификация вод. Верхний метровый слой опреснен.

Ниже – тонкий (50 см) переходный слой, с резкими градиентами всех гидрологических и гидрохимических показателей. Здесь отмечен высокий уровень содержания кислорода. Еще ниже – самый теплый, пересыщенный кислородом слой, заметно солонее, чем в море. На самом дне – залегает насыщенная сероводородом холодная вода (не выше 9 градусов С).
Исследование микробиоты этого озера проводилось с помощью  стекол обрастания (фото 15). Предметные стекла нитками прикрепляли к деревянным шестам на 3 уровнях на одинаковом расстоянии друг от друга. Шесты расставляли в прибрежной зоне так, чтобы нижнее стекло находилось в илу, среднее – на границе раздела ила и воды (взвесь), верхнее – в прозрачной воде (для анализа планктонных микроорганизмов). Спустя неделю стекла извлекали, фиксировали, окрашивали фуксином и микроскопировали.  

На стеклах обрастания были выявлены следующие морфотипы: кокки, палочки, стрептококки, бактерии с простеками (предположительно, Caulobacter). Наибольшее разнообразие наблюдалось на стеклах среднего яруса. На некоторых стеклах наблюдался рост кристаллов соли.

Санитарно-микробиологическое исследование территории ББС

Санитарно-микробиологическое исследование проводилось для морской и для пресной воды. Пробы морской воды отбирали вблизи пирса ББС. Пресная вода была взята из водопроводного крана лаборатории биостанции. Для определения общей микробной обсеменённости воды (общего микробного числа — ОМЧ) проводился посев на МПА (пресная вода) и МПА и среду для светящихся бактерий (морская вода). Объём вносимой воды – 1 мл. (Использование среды для светящихся бактерий обусловлено тем, что на МПА рост был обнаружен не во все вариантах посева, и опыт требовал повторения, однако запас МПА кончился).

Общее микробное число (ОМЧ)
Морская вода

На среде для светящихся бактерий были обнаружены колонии трёх типов: 

     -крупные бесцветные плоские неправильной формы с неровным краем грамотрицательные подвижные вибрионы;
     -белые выпуклые блестящие круглые грамотрицательные палочки;
     -мелкие белые зерновидные грамотрицательные палочки.

Среднее количество колоний – 886.

Водопроводная вода

На МПА были обнаружены колонии одного типа, по морфологии сходны с колониями второго типа, полученными из морской воды.

Согласно принятым санитарным нормам, вода считается хорошей, если в 1 мл общее кол-во колоний не более 100. Следовательно, данная вода соответствует санитарным нормам.

Бактерии группы кишечной палочки (БГКП).

Результаты санитарного анализа воды (число колоний, выросших на фильтрах на среде Эндо):

Проба №1 (водопровод)
     0,1 мл — 1 колония (КОЕ – колониеобразующая единица)
     1 мл — 0 КОЕ
     1 мл — 1 КОЕ
     10 мл — 0 КОЕ
     50 мл — 2 КОЕ

Проба №2 (черные камни)
     1 мл — 4 КОЕ
     1 мл — 6 КОЕ
     10 мл — 3 КОЕ
     10 мл — 3 КОЕ (либо газон, на котором можно рассмотреть 3 крупных колонии, которые слились, то есть их могло быть больше)
     50 мл — 16 КОЕ

Проба №3 (море напротив столовой, слив)
      1 мл — на 1/2 фильтра сплошной рост + 1 КОЕ
      1 мл — сплошной рост
     10 мл — сплошной рост
     10 мл — сплошной рост
     50 мл — сплошной рост

Проба №4 (море напротив бани, слив)
     1 мл — 0 (возможно, низкий результат связан с ошибкой в работе: фильтр на чашке мог быть повернут фильтрующей стороной вниз)
     1 мл — 9 КОЕ + 1\3 газон
     10 мл — 15 КОЕ (больших)
     10 мл — 13 КОЕ
     50 мл — сплошной рост

Анализ не закончен, т.к. мы не доказывали принадлежность окрашенных колоний к бактериям группы кишечной палочки: клетки из выросших колоний не были проверены на отношение к окраске по Граму, отсутствие спор, наличие каталазы, а также не была поставлена бродильная проба. Однако по предварительным данным можно сказать, что водопроводная вода удовлетворяет требованиям СанПИН для водопроводной воды.

Санитарно-микробиологическое исследование воздуха

Анализ микрофлоры воздуха ББС проводился путём определения ОМЧ с помощью седиментационного метода Коха. Пробы отбирались в чашки Петри с МПА, оставленные на полчаса открытыми на высоте 1,5 м от земли в четырёх местах:
     — проба 1 — в столовой,
     — проба 2 – в лаборатории,
     -проба 3 – в жилой комнате,
     -проба 4 — на открытом воздухе.

 

Воздух на всей территории ББС является чистым, т.к. на всех чашках обнаружено менее 250 колоний.

Выводы

В ходе практики на Беломорской биологической станции МГУ мы получили возможность ознакомиться с микробиотой Белого моря, изучить представителей различных экологических групп, оценить санитарно-микробиологичекое состояние ББС и окрестностей.

Уникальными экотопами в окрестностях ББС являются озеро Кисло-Сладкое, Вонючая губа, сероводородный ручей близ Вонючей губы. Озеро Кисло-Сладкое отличается стратификацией, здесь выделяются 3 яруса, из которых наиболее богат  видами средний. В сероводородном ручье — типичная автохтонная микробиота,  включающая бесцветных и пурпурных серных бактерий, что связано с комплексом характерных условий в данном экотопе: близкая к морской солёность, наличие разлагающихся остатков фукусов, расположение ручья близ Вонючей губы.

Литораль Белого моря также богата микроорганизмами, относящимися к различным  группам. В вале разлагающихся фукусов обнаружены гетеротрофы, азотфиксаторы, сульфатредукторы. Наличие микроорганизмов именно этих групп обуславливается большим количеством органики и малым количеством связанных форм азота.

В ризосфере растений-обитателей литорали создаются благоприятные условия (корневые экссудаты) для существования различных актиномицетов, грибов и бактерий.  Здесь микробиота автохтонная, в отличие от песка литорали, где существованию автохтонных микроорганизмов препятствует приливно-отливная волна.

Помимо микробиоты ББС, изучена также микробиота окрестностей. На близлежащих островах Костьян и Покормёжный исследованы особые местообитания —  скальные ванны с автохтонной и аллохтонной микробиотой.

Также была предпринята попытка выделить представителей светящихся бактерий. Для посева были использованы пробы морской воды, гомогенатов внутренних органов бычка, ставриды, морской звезды. Рост на чашках со средой для светящихся бактерий наблюдался, хотя само свечение пронаблюдать не удалось. Эти микроорганизмы относятся к планктонным морским формам,  а также к симбионтам рыб.

Ещё одной важной экологической группой морских микроорганизмов являются углеводородокисляющие микроорганизмы, ассоциированные с бурыми водорослями.

В ходе оценки санитарно-микробиологического состояния ББС выяснилось, что воздух на территории биостанции чистый, пресная вода также чистая и удовлетворяет санитарным нормам.