175° E 180° 175° W 170° W 165° W 160° W
70° N
68° N
66° N
64° N
Рис. 1. Схема распределения водных масс в Чукотском море. ПВА - прибрежные воды Аляски (теплые, распреснен-ные), ПВЧ - прибрежные воды Чукотки (холодные, соленые), ВБМ - водные массы Берингова моря (охлажденные, слабо распресненные), АВ - Арктические воды (очень холодные, соленые).
получение количественных характеристик ключевых микробных процессов круговорота углерода: образование метана (МГ) и окисление метана (МО), анаэробное разложение органического вещества (ОВ) при сульфатредукции (СР) и тем-новая ассимиляция СО2 (ТАУ), осуществляемая как автотрофными, так и гетеротрофными микроорганизмами в воде и донных осадках, а также определение изотопного состава углерода в водной взвеси в Чукотском море.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Материалы для исследований получены в августе 2004 г. в российско-американской экспедиции по проекту РУСАЛКА на НИС "Профессор Хромов". Схема расположения станций отбора проб приведена на рис. 1. Исследования проводили в Беринговом проливе, на двух параллельных разрезах в южной части Чукотского моря от по-
бережья Аляски к побережью Чукотки и на четырех коротких разрезах через каньон Геральда в северо-западной части Чукотского моря.
Пробы воды отбирали 5-литровыми батометрами, установленными на системе Rozett ("Woodsholl", США), снабженной датчиками температуры, солености, мутности, флуоресценции и содержания кислорода. Отбор воды из батометров проводили с изливом, во избежание захвата кислорода воздуха, в стеклянные флаконы и закрывали газонепроницаемой пробкой.
Пробы донных осадков отбирали дночерпате-лем "van Veen" и ударной геологической трубой. Ненарушенные образцы осадков помещали в пластиковые шприцы объемом 5 см3 с резиновым поршнем и обрезанным краем и закрывали резиновой пробкой. Окислительно-восстановительный потенциал и значения рН определяли параллельно с отбором проб при помощи потенциометра рН 320/Set-1 (Германия). Все эксперименты с водой и осадками проводили в первые часы после
отбора проб при температурах близких in situ, в интервале от -1.0 до 6°С.
Для характеристики трофности водного бассейна определяли первичную продукцию, которую измеряли с помощью радиоуглеродной модификации скляночного метода [8]. Эксперименты проводили в светлых и темных склянках, которые после добавления раствора NaH14CO3 (20 мкКи) экспонировали в течение 8-24 ч в палубном бассейне, используя для каждой склянки индивидуальный чехол, калиброванный по степени затемнения. По завершении экспозиции содержимое флаконов фильтровали через капроновые мембранные фильтры с размером пор 0.2 мкм. Для удаления остаточных карбонатов фильтры промывали большим объемом фильтрованной слабо подкисленной морской воды.
Интенсивности микробных процессов темно-вой ассимиляции углекислоты (ТАУ), МГ и МО определяли радиоизотопным методом с использованием NaH14CO3, 14CH4, 14CH3COONa. Для этого в шприцы (с образцами осадков) и стеклянные флаконы (с водными образцами) вводили по 0.1 мл меченых соединений (при расчете 60 мкКи на 1 л воды и 4000 мкКи на 1 дм3 осадка). Инкубацию проб проводили при нативной температуре в течение 12-48 ч. После инкубации пробы фиксировали 1 мл 0.2 N раствора КОН. Разделение 14С-продуктов и измерение их радиоактивности (на сцинтилляци-онном счетчике RackBeta 1219, LKB, Швеция) проводили ранее описанными методами [9]. При расчете интенсивности метанокисления учитывали как углекислоту, образовавшуюся при окисления метана, так и углерод метана, перешедший в биомассу бактерий и внеклеточные органические экзометаболи-ты. Величину интенсивности образования экзомета-болитов определяли по разнице величин, полученных при окислении персульфатом калия общего органического вещества и биомассы, осажденной на фильтрах [10].
Для определения общей концентрации взвеси (ВВ) пробы воды фильтровали через предварительно прокаленные и взвешенные стекловолокни-стые фильтры GF/F диаметром 47 мм. Перед опытным взвешиванием фильтры высушивали до постоянного веса при температуре 60°С.
Интенсивности процесса сульфатредукции оценивали по образованию меченых по 35S сероводорода и суммы пиритной, элементной и органической серы из Na235SO4 (0.2 мл, 35 мкКи на 5 см3 осадка), обработку проб проводили согласно методикам, описанным ранее [9]. Потенциальную активность деструкции 14С-глюкозы (АГ) и 14С-аце-тата (АА) (гетеротрофный потенциал) измеряли после суточной инкубации проб при температурах близких in situ, с добавлением 0.2 мкл (10 мкКи) меченого субстрата в образец.
Для определения содержания метана использовали "head-space" метод. Концентрацию метана
измеряли на газовом хроматографе с пламенно-ионизационным детектором Хром-5. Содержание сульфата, хлорида и ацетата определяли на ионном хроматографе Biotronik (Германия). Изотопный состав углерода ОВ (513Сорг) определяли на масс-спектрометре Delta Plus (Германия). Точность определений ±0.1%.
Количественный учет микроорганизмов в пробах воды проводили методом прямого подсчета в люминисцентном микроскопе. 30 мл пробы фильтровали на лавсановые фильтры (Дубна, Россия) с диаметром пор 0.19 мкм, предварительно обработанных суданом черным. Осажденный на фильтре материал фиксировали 96% этанолом и окрашивали DAPI. После окрашивания и просушки фильтры заключали в нефлуоресцирующее иммерсионное масло и просматривали под микроскопом ЛЮМАМ-3 при увеличении х900. Учет клеток проводили в 20 полях зрения.
РЕЗУЛВТАТЫ
На основании данных по температуре и солености, полученных в период проведения исследований, акватория Чукотского моря была условно разделена на 4 зоны (рис. 1). По данным зондирования температура прибрежных вод у побережья Аляски (ПВА) достигала 11°С, а соленость - 31.3%о (ст. 7). Напротив, средняя температура водного слоя у берегов Чукотки (ПВЧ) варьировала в интервале от -1.5 до +2.5°С, а соленость от 32 до 33%о (ст. 11). Водная толща южной и центральной части Чукотского моря (воды Берингова моря -ВБМ), сформированная течением через Берингов пролив, имела положительную температуру. Водные массы в районе каньона Геральда (арктические воды - АВ) в основном имели отрицательную температуру, а поверхностный водный слой формировался за счет таяния льдов и имел пониженную плотность и соленость.
Первичная продукция, общая численность микроорганизмов, содержание и изотопный состав углерода взвеси. Во время проведения рейса величина первичной продукции (ПП) в Чукотском море сильно различалась в разных участках акватории (табл. 1). Наименьшая ПП была в холодных северных водах - 110 мг С м-2 сут-1 (ст. 85); низкопродуктивными были прибрежные воды Аляски -180 мг С м-2 сут-1 (ст. 20). Напротив, ПП в южной и юго-западной части моря достигала высоких значений - до 1400 мг С м-2 сут-1 (ст. 11).
Общая численность бактериопланктона (БП) также сильно варьировала в разных частях Чукотского моря. Низкий уровень развития БП наблюдали у берегов Аляски 30-190 х 103 кл мл-1 (ст. 20). Еще более низкая численность БП отмечена в каньоне Геральда (от 10 до 102 х 103 кл мл-1 (ст. 85 и 106). Здесь, в зоне активного таяния морских льдов,
Таблица 1. Значения первичной продукции (ПП), общей численности бактериопланктона (БП), концентрации метана, интенсивности окисления метана (МО) и темновой ассимиляции СО2 (ТАУ) в водной толще Чукотского моря в августе 2004 года
Станция, глубина (м) ПП, мг С м-2 сут-1 БП, х103 кл. мл-1 Агрегированные клетки,% СН4, нМ МО, нмоль л-1 сут-1 ТАУ, нмоль л-1 сут-1
ПВА
Ст. 20 (50) 180 30-190 (53) 5-80 (35) ПВЧ 10-13 (12) 0.03-0.05 (0.04) 11-43 (33)
Ст. 11 (40) 1400 ВБМ 12-13 (13) 0.05-0.09 (0.07) 72-112 (85)
Ст. 7 (50) 11-85 (53) 5-60 (35) 8-10 (9) 8-76 (53)
Ст. 8 (40) 270 208-244 (227) 52-72 (61) 8-9 (9)
Ст. 14 (48) 9-12 (10) 0.06-0.09 (0.08)
Ст. 22 (57) 67-200 (108) 72-90 (77) 8-14 (11) 0.04-0.08 (0.06)
Ст. 25 (53) АВ 9-19 (14) 0.06-0.16 (0.12)
Ст. 85 (103) 110 10-77 (35) 10-95 (32) 12-21 (18) 0.09-0.23 (0.19) 6-158 (35)
Ст. 106 (72) 14-102 (38) 70-90 (80) 18-21 (19) 0.08-0.19 (0.17)
Примечание. Первая строка - интервалы значений; в скобках средние значения.
максимальная численность клеток БП была приурочена к поверхностному распресненному водному слою. Наиболее высокая численность БП выявлена в южной части моря (до 200-245 х 103 кл мл-1, ст. 8 и 22). При просмотре препаратов было отмечено, что у побережья Аляски и в Беринговом проливе в составе проб преобладали крупные палочки, сконцентрированные на поверхности частиц детрита. В прибрежных водах Чукотки доминировали рыхлые скопления, объединенные в общий мат-рикс, часто включающие диатомовые водоросли и клетки бактерий большого размера. Примечательно, что на большинстве станций значительное число учтенных клеток находилось в агрегированном состоянии, что затрудняло подсчет. Поэтому, результаты учета соответствуют достоверно минимальному уровню общей численности микроорганизмов.
Для оценки общей бактериальной активности поставлены эксперименты по определению темновой СО2 ассимиляции (ТАУ). Относительно высокий уровень ТАУ (до 112 нмоль С л-1 сут-1) обнаружен в продуктивных районах юго-западной части Чукотского моря (ст. 11). В северной части моря (ст. 85) процесс протекал слабее (в среднем 35 нмоль С л-1 сут-1), однако в поверхностном рас-пресненном слое интенсивность ТАУ достигала 158 нмоль С л-1 сут-1.
На ряде станций получены данные содержания углерода органического вещества взвеси (ВОУ) и растворенного органического вещества (РОУ)
(табл. 2). Значительное содержание ВОУ соответствовало водным массам с высоким уровнем первичной продукции (191 мкг С л-1, ст. 11 и 29.1280 мкг С л-1, ст. 25). Водные массы, поступающие из Берингова моря, различались по содержанию ВОУ (219 мкг С л-1 на ст. 14 и 26-38 мкг С л-1 на ст. 22). Меньше ВОУ присутствовало во взвеси у берегов Аляски (41.7 мкг С л-1, ст. 20) и на севере Чукотского моря (18-75 мкг С л-1, ст. 85 и 106). Содержание РОУ по всей исследованной акватории варьировало от 1.86 до 5.19 мг С л-1, что составляло от 94.7 до 99% от всего ОВ, следовательно большая
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.