научная статья по теме БИОГЕОХИМИЯ КОРКОВЫХ ГУБОК СЕМ. LUBOMIRSKIIDAE (ЮЖНЫЙ БАЙКАЛ) Геология

Текст научной статьи на тему «БИОГЕОХИМИЯ КОРКОВЫХ ГУБОК СЕМ. LUBOMIRSKIIDAE (ЮЖНЫЙ БАЙКАЛ)»

ГЕОХИМИЯ, 2013, № 4, с. 366-377

БИОГЕОХИМИЯ КОРКОВЫХ ГУБОК СЕМ. LUBOMIRSKIIDAE

(ЮЖНЫЙ БАЙКАЛ)

© 2013 г. Н. Н. Куликова*, Е. В. Сайбаталова*, С. М. Бойко*, Н. А. Семитуркина*, О. Ю. Белозерова**, А. С. Мехоношин**, О. А. Тимошкин*, А. Н. Сутурин*

*Лимнологический институт Сибирского отделения РАН 664033 Иркутск, ул. Улан-Баторская, 3 e-mail: kulikova@lin.irk.ru **Институт геохимии им. А.П. Виноградова Сибирского отделения РАН 664033 Иркутск, ул. Фаворского, 1 А; e-mail: obel@igc.irk.ru Поступила в редакцию 21.06.2011 г. Принята к печати 08.11.2011 г.

Методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой установлено, что в химическом элементном составе корковых губок кроме Si преобладают P, Al, Fe, Ca, S, Mg, K, Na, Cu, Mn, Zn, Ti, Ba, Br. Губки относительно водной среды наиболее интенсивно концентрируют Al > Cu > Ti > РЗЭ > Mn > P. В сравнении с грубообломочными донными отложениями любомирскииды являются концентраторами Cu > I > Cd > P > Br > As > S. Установлено, что одним из источников поступления в водную среду элементов, необходимых для жизнедеятельности губок, является каменный субстрат.

Ключевые слова: корковые губки, спикулы, симбионтные организмы, клетки губки, базальный слой спонгина, элементный состав, водная среда, горные породы.

Б01: 10.7868/80016752513040043

Корковые губки-любомирскииды повсеместно распространены в мелководной зоне Байкала и нередко являются доминирующими в бентос-ных сообществах каменной литорали [1—3], что определяет их заметную роль в разрушении каменного субстрата, извлечении и включении в биотические циклы широкого спектра химических элементов, в том числе и тех, концентрация которых в байкальской воде ниже предела обнаружения. Прочно срастаясь с обломками горных пород, корковые губки в силу своего широкого распространения в литоральной зоне становятся активными участниками подводного выветривания грубообломочных донных отложений [4—6].

Губки представляют собой ассоциированный комплекс с фототрофными (водорослями, ци-анобактериями) и гетеротрофными (эубактерия-ми, архебактериями, простейшими и грибами) микроорганизмами. Строение тела губки очень примитивно, ткани и органы отсутствуют. Тело состоит из двух слоев клеток (пинако- и хоано-дермы), между которыми заключен слой бесструктурного вещества — мезохил. В мезохиле рассеяны клетки различных типов: амебоциты, колленциты, склероциты и др. Все тело губки пронизано многочисленными порами и канала-

ми, образующими ирригационную систему. Вода поступает в тело губки через поры в пинакодерме и по приводящим каналам проходит в хоаноцит-ные камеры. Здесь происходит захват пищевых частиц (детрита, простейших, микроскопических водорослей и грибов, бактерий и пр.) [7—12]. Непереваренные частицы вместе с водой выводятся через систему отводящих каналов и выбрасываются через оскулюмы. Тело губки поддерживается скелетом, который состоит из кремниевых спикул, склеенных между собой белковым веществом — спонгином [7]. В основании губки формируется слой спонгина (базальный слой), который обеспечивает прикрепление к субстрату [8].

Жизнедеятельность губок связана с непрерывной фильтрацией. В течение жизни губка прокачивает через себя и очищает огромные массы воды, что в значительной степени определяет ее экологическую роль в водных экосистемах [13]. Губки способны усваивать растворенные в воде органические вещества [14] и накапливать в высоких концентрациях Си, Zn, Сё, РЬ, Щ, N1, Со, Сг, Мо, 8п, Аз и др. [15-17].

Цель исследований — изучить химический элементный состав наиболее широко распространенных в литоральной зоне видов корковых губок

эндемичного семейства Lubomirskiidae, их роль в подводном выветривании грубообломочных донных отложений и концентрирующую способность относительно водной среды обитания и каменного субстрата, являющегося мощным источником химических элементов, необходимых для жизнедеятельности многочисленных бентосных организмов литорали оз. Байкал.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Для анализа элементного состава использовали образцы губок, собранные в октябре—ноябре 2003—2005 гг. с глубины от 3 до 15 м на стандартных станциях полигона у мыса Березовый (описание полигона см. [18]). Пробы были представлены доминантными и субдоминантными [3] видами корковых губок сем. Lubomirskiidae Rezvoj, 1936: Baikalospongia intermedia (Dybowski, 1880); Baikalospongia bacillifera (Dybowski, 1880); Lubomi-rskia incrustans Efremova, 2004.

Камни с губками поднимали на поверхность, перекладывали в пластиковые 20-литровые ведра с байкальской водой и в этот же день доставляли в лабораторию. Образцы губок ополаскивали дистиллированной водой, снимали с субстрата пластиковым ножом, промывали небольшим количеством дистиллированной воды, освобождая от крупных обломков породы, минеральных примесей, эпибионтов и слоя спонгина в основании губки. Часть образцов губок тщательно, в течение нескольких часов, многократно меняя воду, отмывали от симбионтов, клеток губок и минеральной примеси в пластиковых стаканах с дистиллированной водой с использованием магнитной мешалки (скорость вращения — от 400 до 1200 об/мин). Все образцы просматривали под бинокуляром МБС-10 для удаления остатков загрязнений, ополаскивали бидистиллированной водой и доводили до воздушно-сухого состояния в сушильном шкафу при температуре 30°С. Для контроля однородности сухие пробы еще раз просматривали под би-нокуляром. Перед анализом образцы губок полностью растирали в агатовой ступке, методом квартования отбирали средние пробы, которые помещали в стеклянные бюксы и доводили до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре 105°С. Подготовку аналитических проб к анализу выполняли способом кислотной минерализации (70%-ной HNO3, 30%-ным H2O2 и 50%-ной HF) в микроволновой печи (МВ печь DAEWOO KOC-1B4KA, мощность СВЧ 1000 Вт). При этом часть проб B. bacillifera для перевода в раствор только органического вещества (симбионтов, клеток губок, спонгина, входящего в состав кремне-рогового скелета) разлагали 70%-ной HNO3 и 30%-ным H2O2. Осадок от разложения, состоящий из спикул губки, переводили в раствор 50%-ной HF [19]. Пробы анализировали на масс-спектрометре

Agilent 7500ce фирмы Agilent Technologies с квадру-польным масс-анализатором в Центре коллективного пользования "Ультрамикроанализ" при Лимнологическом институте СО РАН. Прибор градуировали по стандартному раствору "tune" (MECS-2A, Agilent), содержащему Li, Be, Al, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, As, Se, Rb, Sr, Ag, Cd, Cs, Ba, Tl, Pb, Th и U, который был разбавлен 2%-ной HNO3 до концентрации 10 мкг/л для каждого элемента. Раствор HNO3 (2%-ный) использовали для выполнения контрольного опыта. Дрейф прибора отслеживали по внутреннему стандарту In. Правильность определений оценивали, используя аттестованный стандартный образец состава элодеи канадской Elodea canadensis Michaux, 1803 (ЭК-1), который разлагали и измеряли в каждой серии совместно с исследуемыми образцами.

Методом рентгеноспектрального электронно-зондового микроанализа (РСМА) на микроанализаторе Superprobe JXA-8200 (JEOL Ltd, Япония) проведено исследование базального слоя спонгина и минеральных частиц из тканей губки, которые были обезвожены в спирте и приготовлены в виде запрессовок в эпоксидной смоле. На зеркально-полированную поверхность подготовленных препаратов методом напыления в вакууме наносили пленку углерода, толщиной 20—30 нм. В режиме растрового электронного микроскопа во вторичных и обратно рассеянных электронах изучены поверхность, размеры исследуемых объектов, формы выделяемых фаз, фазовое распределение материала по матрице образцов. Химический состав основной матрицы и отдельных фаз во всех образцах определен с помощью энергодисперсионного спектрометра. Спектры обработаны по программе полуколичественного анализа Programme of Semiquantitative Analysis программного обеспечения ЭДС микроанализатора Superprobe JXA-8200. Для минерального зерна (плагиоклаза), отобранного из базального слоя спонгина губки, дополнительно проведено изучение химического состава матрицы и фаз с помощью волновых спектрометров. Химический состав матрицы изучен в левой нижней части образца по вертикальному (с шагом 100 мкм) и диагональному профилям (с шагом 200, 100, 50 и 30 мкм) от центра зерна до границы с подошвой губки.

Зольность и содержание воды в губках определяли термовесовым методом. Величину рН в слое воды над губками измеряли через каждый час в течение суток потенциометром "testo 252" в трехкратной повторности. Степень биологического накопления элементов в губках оценивали относительно воды и донных отложений с помощью коэффициента биологического поглощения [15, 20], КБП = C1/C2, где КБП — коэффициент биологического поглощения, рассчитываемый относительно микроэлементного состава воды или относительно состава донных отложений; соответственно

C1 — концентрация элемента в сырой биомассе губок или в зольном остатке губок, мкг/г; C2 — то же в байкальской воде или в горной породе.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Изученные виды губок заметно отличаются по морфологическим характеристикам: форма тела В. intermedia плоская корковая толщиной от 5 мм до 2—3 см. Скелет слабый, немассивный. Спику-лы скреплены небольшим количеством спонгина. Главные скелетные пучки редкие и тонкие (1— 3 спикулы в толщину). Поперечные пучки слабо развиты. Симбиотические водоросли зоохлорелла, придающие губкам, выросшим на свету, зеленую окраску, присутствуют по всей толщине тела; форма тела В. bacillifera более разнообразна — от плоских обрастаний толщиной около 1 см до крупных шаровидных форм (до 25 см в диаметре). Скелет очень массивный. Главные скелетные пучки толстые, состоят из значительного количества спикул (до 25—30 шт.), скрепленных большим количеством спонгина. Поперечные пучки хорошо выражены (до 10—12 спикул). В крупных В. bacillifera, живущих на освещенной поверхности камней, зоохлорелла обитает только в верхнем слое, толщина которого примерно 1—2 см, центральная часть тела этих губок лишена сим-биотических водорослей; форма тела L. incrustans корковая, иногда с небольшими выростами. Скелет предст

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком