Психрофильные и психротолерантные микроорганизмы пещеры Сарма

УДК 579.2 С.В. Воробьева, И.Р. Илиенц, С.В. Хижняк

ПСИХРОФИЛЬНЫЕ И ПСИХРОТОЛЕРАНТНЫЕ МИКРООРГАНИЗМЫ пещеры САРМА

В статье представлены результаты поиска микробных сообществ в пещерах Кавказа, характеризующихся сходными с пещерами Сибири условиями.

Выявлено, что четыре из десяти бактериальных и четырнадцать из двадцати трёх грибных изолятов, выделенных из пещеры Сарма, не способны к росту при температуре плюс 29°С и выше. Скорости роста выделенных изолятов аналогичны для мезофильных почвенных микроорганизмов, выращенных при температуре плюс 20°..+25°С. Полученные данные демонстрируют наличие специфического микробного сообщества, адаптированного к низкотемпературным (плюс 6...10°C) условиям пещеры. Все бактерии представлены неспорообразующими палочками. Среди грибов идентифицированы представители р.р. Mucor, Penicillium, Fusarium, идентификация остальных изолятов продолжается.

Ключевые слова: пещера Сарма, пещерные грибы и бактерии, психрофильные и психротоле-рантные микроорганизмы.

S.V. Vorobyova, I.R. Ilients, S.V. Khizhnyak PSYCHROPHILOUS AND PSYCHROTOLERANT MICROORGANISMS OF SARMA CAVE

The search results of microbic communities in the Caucasus caves that are characterized by similar with Siberia cave conditions are given in the article.

It is revealed that four of ten bacterial and fourteen of twenty three fungus isolates allocated from Sarma cave aren't capable to growth at temperature of+29°С and above. Growth rates of the allocated isolates are similar for the mesophilic soil microorganisms which have been grown up at temperature of + 20°. +25°С. The obtained data show presence of the specific microbic community adapted to low temperature (+ 6... 10°C) cave conditions. All bacteria are represented by the nonsporeforming rods. Among fungi the representatives of Mucor, Penicillium, Fusarium species are identified, identification of the other isolates is in progress.

Key words: Sarma cave, cave fungi and bacteria, psychrophilous and psychrotolerant microorganisms.

Карстовые пещеры, образующиеся в результате растворения и механического разрушения осадочных пород, представляют собой уникальную и малоизученную среду обитания живых организмов. Ранее было показано, что в пещерах Средней Сибири присутствуют микробные сообщества, адаптированные к низкотемпературным (+4°С) условиям среды обитания [2-4]. Настоящая работа посвящена поиску подобных сообществ в пещерах Кавказа, характеризующихся сходными с пещерами Сибири условиями.

Объекты и методы

Объектом исследования служили образцы грунта из пещеры Сарма (карстовый массив Арабика, Западный Кавказ). Данная пещера является одной из глубочайших пещер мира, глубина разведанной части составляет 1570 м, протяженность 13000 м. Пещера открыта в 1990 году, относится к субвертикальному типу, представлена чередой колодцев и гротов, соединенных между собой галереями [1]. Температура воздуха и грунта в пещере, по данным экспедиции "Арабика-2010" (организатор - спелеосекция СФУ), варьирует от плюс 3,5 до плюс 6°С в зависимости от глубины.

Образцы для микробиологических исследований были собраны с глубин 1290-1520 м участниками исследовательской экспедиции "Арабика-2010". Пробы отбирались на местах подземных стоянок, а также в труднодоступных и непосещаемых участках пещеры. Образцы помещали в стерильные пакеты, которые до высева хранились при температуре +4°С.

Выделение микроорганизмов проводили методами высева на набор питательных сред, применяемый для изучения пещерной микробиоты [3]. Инкубирование осуществляли в термостате при температуре +12°С.

Результаты и их обсуждение

В результате исследований из образцов грунта выделено 10 изолятов бактерий и 36 изолятов грибов. Все бактерии представлены неспорообразующими палочками. Среди грибов идентифицированы представители р. Mucor (4 изолята), Penicillium (3 изолята), Fusar^um (1 изолят), идентификация остальных изолятов продолжается.

Все бактериальные и грибные изоляты способны к росту при температуре пещеры. При этом время генерации бактерий при температуре плюс 8°С может составлять 2 ч (изоляты С-1, С-4), максимальная ско-

рость мицелия грибов - 20-25 мкм в час (изоляты 5-7). Это соответствует аналогичным показателям для мезофильных почвенных микроорганизмов, выращенных при температуре плюс 20... плюс 25°С. Четыре бактериальных изолята не способны к нормальному росту и развитию при температуре плюс 29°С и выше. При данной температуре прекращается деление либо формируются аномальные клетки, которые при дальнейшем культивировании погибают (рис. 1). У двух бактериальных изолятов аномалии начинают проявляться уже при плюс 26°С (рис. 2). Из двадцати трех проанализированных грибных изолятов 14 не способны к росту при температуре плюс 29°С и выше. При данных температурах не происходит прорастания спор, либо споры прорастают аномальным и нежизнеспособным мицелием, который впоследствии прекращает рост (рис. 3, 4). У димофных грибов при температуре плюс 29°С и частично при +26°С формируются аномальные клетки, не способные к размножению (рис. 5).

Все перечисленное позволяет утверждать, что в пещере Сарма присутствует автохтонная микробиота, представленная адаптированными к низкой температуре бактериями и грибами. Это может быть связано с исторически длительным поступлением экзогенного органического вещества в пещеру, о чём свидетельствуют присутствующие в пещере костные останки троглофилов и троглоксенов, датируемые в том числе средним плейстоценом

Рис. 1. Влияние температуры на рост клеток изолята С-8 (24-часовая культура на ПД-агаре):

1 - нормальный рост при температуре в диапазоне от плюс 6 до плюс 26(Ю; 2 - аномальные удлиненные

клетки, формирующиеся при температуре плюс 29^

Рис. 2. Влияние температуры на рост клеток изолята С-4 (24-часовая культура на ПД-агаре):

1 - нормальный рост при температуре в диапазоне от плюс 6 до плюс 20°^ 2 - начало образования аномальных утолщенных клеток при температуре плюс 26(Ю; 3 - не способные к размножению аномальные клетки, формирующиеся при плюс 29^

Рис. 3. Влияние температуры на рост изолята 7 (24-часовая культура на среде Чапека): при плюс 29^ набухания и прорастания спор не наблюдается

Рис. 4. Влияние температуры на рост изолята 35 (24-часовая культура на среде Чапека): при плюс 29^ наблюдается аномальное прорастание спор

Рис. 5. Влияние температуры на рост диморфного изолята С-11 (24-часовая культура на среде Чапека): при плюс 8^ наблюдается рост в виде почкующихся клеток и псевдомицелия; при плюс 20^ - рост в виде настоящего мицелия; при плюс 29^ формируются аномальные

клетки, не способные к размножению

Выводы

В пещере Сарма на глубинах от 20 м до 1520 м присутствует адаптированная к низкой температуре микробиота, аналогичная автохтонной микробиоте низкотемпературных пещер Средней Сибири. Выявленная в ходе исследований микробиота пещеры Сарма представлена неспорообразующими бактериями и плесневыми и диморфными грибами. Среди грибов идентифицированы представители р. Mucor, PenicilliumI Fusarium.

Авторы выражают благодарность П.В. Рудко, В.В. Сухачеву, Н.В. Кинчиной (спелеосекция СФУ) и другим участникам экспедиции "Арабика-2010" за предоставленные для исследований образцы.

Литература

1. Климчук А.Б. Карстовые водоносные системы массива Арабика // Пещеры: межвуз. сб. науч. тр. -Пермь: Изд-во Перм. ун-та, 1990. - С. 6-16.

2. Хижняк С.В. Микробные сообщества карстовых пещер Средней Сибири: автореф. дис. ... д-ра биол. наук. - Красноярск, 2009. - 32 с.

3. Психрофильные и психротолерантные гетеротрофные микрорганизмы карстовых полостей Средней Сибири / С.В. Хижняк, И.В. Таушева, А.А. Березикова [и др.]// Экология. - 2003. - № 4. - С.261-266.

4. Khizhnyak S.V., Nesterenko E.V., Berezikova A.A., Trusey I.V. The microbial communities of Middle Siberian cold caves // 3-rd International Workshop on Ice Caves: Volume of Abstracts. Kungur Ice Cave, Perm Region Russia, May 12-17, 2008. - P. 56-57.