Введение к работе
Актуальность исследования. В настоящее время заметно возрос интерес к липидам со стороны многих направлений наук, прежде всего это биологические, медицинские и химические. Липидные показатели являются важнейшими характеристиками физиолого-биохимической индикации состояния организмов и популяций при различных условиях обитания. Липиды являются основным источником энергии для водных организмов и функционирование любых экосистем во многом связано с биосинтезом и транспортом липидов в пищевых цепях. Многочисленными исследованиями показано участие липидов в адаптивных реакциях гидробионтов в ответ на изменение самых разнообразных условий окружающей среды (Carballeira, 1987; Rajendran, 1992; Simoneit, 2004). Поэтому изменения состояния среды могут быть прослежены при сравнительном анализе жирных кислот (ЖК) различных организмов.
Озеро Байкал – участок мирового природного наследия, старейший (25 млн. лет) и самый большой (23000 км3) пресноводный водоем в мире. Ихтиофауна оз. Байкал уникальна и весьма разнообразна и в настоящее время представлена 55 видами из 15 семейств, из которых 33 вида эндемичные. Важной и сложной задачей является исследование биологических объектов, применяемых для индикационной оценки природной среды. Наибольший интерес представляют такие гидробионты как губки, которые практически не меняют место обитания. Они ассоциированы с широким спектром микроорганизмов, содержат большое количество вторичных метаболитов, которые играют важную роль в развитии приспособительных реакций у организмов при экологических модуляциях. Одной из наиболее многочисленных групп многоклеточных байкальских организмов являются амфиподы, которые составляют 1/5 от общего числа мировой фауны видов амфипод, причем все они — эндемики. Несмотря на низкую относительную биомассу, амфиподы составляют существенный компонент в системе обмена вещества и энергии, поскольку являются важным кормовым объектом для многих гидробионтов.
Известно, что состав липидов тканей ряда эндемичных организмов озера Байкал характеризуется высокими уровнями длинноцепных полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК), что типично для морских видов (Henderson, 1987). Обнаружены высокие уровни n3 ЖК в отдельных видах байкальских Cottoidei (Kozlova, Khotimchenko, 1993, 2000; Kozlova, 1997; Grahl-Nielsen et al., 2005, 2011; Попов, 2012). Исследования по липидному составу байкальских губок включают некоторых представителей этой группы животных, обитающих на небольшой глубине (Dembitsky et al., 1982, 1993; Глызина, 2002), глубоководные байкальские губки ранее не изучались. Исследователями (Ishiwatari et al., 2006) выявлено содержание лигнина и некоторых ЖК донных осадков Академического хребта, отобранных с глубины 335 м, других данных по ЖК составу донных осадков глубоководной зоны озера Байкал не обнаружено. Таким образом, работа, направленная на исследование распределения липидов в тканях глубоководных байкальских гидробионтов актуальна.
Цель исследования – выявить экологические особенности распределения липидов в тканях гидробионтов глубоководной зоны озера Байкал.
Были поставлены следующие задачи:
-
определить липидный состав различных видов байкальских губок из разных мест обитания;
-
определить липидный состав донных осадков с различными экологическими особенностями среды;
-
выявить специфические маркеры, позволяющие идентифицировать состав микроорганизмов губок и донных осадков;
-
изучить жирнокислотный состав байкальских амфипод Ommatogammarus albinus, обитающих в районе гидротермальной разгрузки в б. Фролиха;
-
изучить жирнокислотный состав мышечной ткани рыб.
Научная новизна. Впервые выявлен состав липидных компонентов (ЖК различного строения, альдегиды и стерины) глубоководных губок и донных осадков. Так методом газо-хромато-масс-спектрометрии (ГХМС) по количественному содержанию липидных маркеров определен состав микроорганизмов глубоководных губок и донных осадков оз. Байкал. Впервые определен ЖК состав глубоководных байкальских амфипод Ommatogammarus albinus, в которых выявлены высокие содержания ненасыщенных ЖК.
Практическая значимость. Липидные маркеры, определенные в глубоководных губках, могут быть использованы для идентификации ряда таксонов, родов и видов микроорганизмов. Эти данные могут быть использованы для создания оперативной и эффективной системы мониторинга пространственно-временных изменений природных сред и биоты, что будет способствовать решению проблемы сохранения уникального озера планеты. Обнаруженный в губках широкий спектр биологически активных веществ, в том числе и стеринов, в перспективе могут быть использованы в качестве лекарственного сырья.
Основные положения, выносимые на защиту:
В составе липидной фракции донных осадков идентифицировано до 140 соединений, глубоководных байкальских губок идентифицировано около 100 соединений (различные ЖК, альдегиды и стерины). В байкальских губках содержатся МНЖК ряда С20 – С23 и С27, доминирующей кислотой среди ПНЖК является сверхдлинноцепочечная кислота 26:3. Обнаружены длинноцепочечные альдегиды 22:1а, 24:1а и 24:1d11а. Губки Baikalospongia intermedia, обитающие в районе гидротермальной разгрузки (б. Фролиха), содержат более высокие содержания ЖК, особенно ПНЖК и относительно низкие содержания стеринов.
Разветвленные изо- и антеизо-кислоты с общим числом атомов углерода от С13 до С20, в том числе четные (изомиристиновая i14:0, изопальмитиновая i16:0, изонанодекановая i19:0), гидроксикислоты как оксипальмитиновая h16 и гидроксимиристиновая 3h14, гексадеценовая кислота 17:1, циклопропановые кислоты 17cyc и 19cyc являются маркерными кислотами для определения основных групп микроорганизмов.
Глубоководные байкальские амфиподы Ommatogammarus albinus содержат высокие содержания ненасыщенных ЖК, причем мононенасыщенные жирные кислоты (МНЖК) составляют около 52%. Высокое значение соотношения 18:1n9/18:1n7 и относительно низкие соотношения 16:1n7/16:0 и 20:5n3/22:6n3 подтверждает, что глубоководные амфиподы Ommatogammarus albinus относятся к некрофагам.
Апробация работы и публикации. Результаты и основные положения диссертационного исследования были представлены в докладах на V, VI и VII школах-семинарах молодых ученых России «Проблемы устойчивого развития региона» (Улан-Удэ, 2009, 2011, 2013), 7-ом Международном симпозиуме "Современные методы анализа многомерных данных" (WSC-7) (Санкт-Петербург, 2010), Международной научной конференции «Дельты Евразии: происхождение, эволюция, экология и хозяйственное освоение» (Улан-Удэ, 2010), V Международной научно-практической конференции "Приоритеты Байкальского региона в азиатской геополитике России" (Улан-Удэ, 2011), VIII Всероссийской конференции по анализу объектов окружающей среды ЭКОАНАЛИТИКА 2011, посвященной 300-летию со дня рождения М.В. Ломоносова (Архангельск, 2011). По результатам диссертационной работы опубликовано 15 работ, из них 3 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК Минобразования РФ.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 135 страницах машинописного текста и состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, выводов и списка литературы, включающего 226 библиографических ссылок, в том числе 139 на иностранных языках. Диссертационная работа содержит 10 таблиц, 26 рисунков.
Работа выполнена во время Международной экспедиции ««Миры» на Байкале 2008-2010 гг.» при поддержке Фонда содействию сохранения озера Байкал, а также в рамках исследований по проектам: Программа Президиума РАН "Фундаментальные проблемы океанологии: физика, геология, биология, экология", подпрограмма «Глубоководные исследования озера Байкал», проект № 20.9 «Комплексные исследования зон активных разгрузок глубинных флюидов на озере Байкал с помощью автономных необитаемых аппаратов, обитаемых аппаратов «МИР», а также дистанционных пробоотборников» (2008-2011 гг.); проект № 23.8 «Комплексные исследования биологических сообществ абиссали озера Байкал и их зависимость от типа разгружающего флюида» (2012-2013 гг.); РФФИ № 08-05-98029-р_сибирь_а «Формирование и трансформация липидов гидробионтов оз. Байкал в зависимости от эколого-биологических факторов» (2008-2010 гг.).
Автор выражает искреннюю благодарность д.х.н. Л.Д. Раднаевой за научное руководство и поддержку в работе, д.б.н. Г.А. Осипову за помощь в определении микроорганизмов по липидным маркерам и обсуждении результатов и сотрудникам лаборатории химии природных систем Байкальского института природопользования СО РАН.
