Экспедиция на НИС «Академик Коптюг» с 1 по 10 августа 2024 г.

С 1 по 10 августа 2024 г. в рамках тем государственных заданий № 0279-2021-0008 «От клетки – к экосистеме: Исследование ультраструктуры гидробионтов и их сообществ в эволюционно-экологическом аспекте методами клеточной биологии и геномики» (рук. д.б.н., проф. Е.В. Лихошвай) и № 0279-2021-0009 «Исследование избранных генов и белков байкальских диатомей методами биоинформатики и физико-химической биологии» (рук. к.бн. Д.П. Петрова) проведена научно-исследовательская экспедиция на НИС «Академик Коптюг» с целью выяснения комплексом методов степени распространения антропогенного воздействия в зонах влияния трех рек, в которые происходит слив сточных вод – Похабиха (г. Слюдянка), Максимиха (пос. Максимиха) и Тыя (г. Северобайкальск), на прибрежную и пелагическую зону озера Байкал. В экспедиции приняли участие сотрудники отд. ультраструктуры клетки (д.б.н., проф. Е.В. Лихошвай, нач. отряда, с.н.с., к.б.н. Ю.Р. Захарова, к.б.н., с.н.с. А.Д. Фирсова, н.с., к.б.н. М.В. Башенхаева, н.с., к.б.н. Е.В. Родионова, гл. спец. Э.М. Байрамова, гл. спец. Б.Э. Ефименко, инж. Д.В. Хилханова, тех. Д.И. Парфенов), лаб. биогеохимиии (с.н.с., к.х.н. Е.П. Чебыкин, с.н.с., к.б.н. Н.Н. Куликова), лаб. ихтиологии (с.н.с. И.В. Ханаев, вед. инж. С.В. Усов) и лаб. гидрохимии и химии атмосферы (к.г.н., н.с. Н.С. Чебунина).

Пробы отбирали до и после сброса сточных вод, в сточной трубе и на радиальных разрезах на разном расстоянии от устья в озеро Байкал. Контрольными станциями служили удаленные береговые (от 3 до 6 км от устья) и пелагические (3 км от берега).

Для гидрохимических исследований отобрано 56 проб (из них в зоне влияния р. Пахабиха – 15; в зоне влияния р. Максимиха – 16; в зоне влияния р. Тыя – 25). В ходе экспедиционных работ на судне проведено определение растворенного кислорода, рН, электропроводимости, биогенных элементов (нитритов, аммония, фосфатов, кремния). Результаты химического анализа «очищенной» сточной воды г. Слюдянка свидетельствуют о превышении нормативов предельно допустимых воздействий на уникальную экологическую систему озера Байкал по содержанию фосфатов (по фосфору) в 44 раза, ионов аммония в 117 раз. В «очищенных» сточных водах г. Северобайкальск установлено превышение нормативных значений по содержанию ионов аммония в 16 раз, фосфатов (по фосфору) в 83 раза. Пробы воды для исследования ионного состава, общего и растворенного фосфора были заморожены и транспортированы в лабораторию гидрохимии и химии атмосферы для дальнейшего анализа.

Для определения геохимического состава воды (72 химических элемента) и общей минерализации методом ИСП-МС всего было отобрано 246 проб, которые были отфильтрованы (0,45 мкм) и зафиксированы для последующего анализа в лаборатории биогеохимии. Во всех пробах также были измерены значения рН. Пробы воды отбирали в трёх основных районах работ: в зонах влияния рр. Похабиха, Максимиха и Тыя на прилегающую литораль Байкала (прибрежные, интерстициальные воды, а также в акватории – поверхностные, придонные и промежуточные воды на заранее запланированных станциях). Отбирались также пробы речной воды выше сброса сточных вод (р. Похабиха, р. Тыя) или посёлка (р. Максимиха) и в устьях рек. Сточные воды канализационных очистных сооружений (КОС) г. Слюдянки и Северобайкальска были отобраны непосредственно из труб сброса в реки (р. Похабиха, р. Тыя). В каждом районе также отбирали пробы воды на фоновых/условно фоновых станциях: 3 и более км фронтально и латерально (50 м от уреза) от устья рек. Параллельно с отбором прибрежных и интерстициальных вод был проведён сбор нитчатых водорослей в урезе для биогеохимических исследований. Дополнительно отбор прибрежных и интерстициальных вод был проведён также в фоновых (м. Омагачан, м. Хибелен, м. Кедровый, б. Солонцовая), условно фоновых (м. Котельниковский, м. Елохин, скала Саган Заба) и антропогенно нагруженных (п. Хужир – скала Шаманка, порт, о. Огой, б. Песчаная, б. Бабушка, б. Внучка 2) участках береговой зоны Байкала по ходу движения судна.

Для определения методом ИСП-МС химического элементного состава и его использования в качестве индикатора антропогенного загрязнения мелководной зоны Байкала отобрано 45 проб бентосных макроводорослей: 30 – Ulothrix zonata, из них 14 собраны в прибрежной зоне условно фоновых участков: м. Омагачан, Хибелен, Елохин, Кедровый, Котельниковский, Саган-Заба, бух. Солонцовая, севернее пос. Сухой Ручей; 6 – Spirogyra sp., 3 – Stigeoclonium sp., 3 – Ireksokonia formosa и одна проба – Elodea canadensis (под трубой сброса со станции очистки сточных вод г. Северобайкальска). Образцы водорослей промыты в прибрежной воде, в профильтрованной байкальской воде, очищены от посторонних примесей под бинокуляром, ополоснуты дистиллированной водой, высушены до воздушно-сухого состояния, герметично упакованы. Статистическая обработка полученных в будущем данных содержания макро- и микроэлементов в составе Ulothrix zonata фоновых и антропогенно загрязнённых участков мелководной зоны определит предполагаемую возможность его использования в качестве биоиндикатора.

Для определения общей численности бактерий, культивируемых гетеротрофов, состава санитарно-показательных и условно-патогенных бактерий исследовано 29 проб сточных, речных и поверхностных вод Байкала. При санитарно-микробиологической оценке качества проб воды определяли численность обобщённых колиформных бактерий, бактерий E. coli, энтерококков, а также общее микробное число. На всех контрольных станциях пелагиали озера Байкал, удаленных от исследованных локальных мест загрязнений, показатели качества воды не превышали нормативы безопасности, согласно СанПиН 1.2.3685-21. Установлено, что сточные воды, сбрасываемые очистными сооружениями г. Слюдянка и г. Северобакальск, вода в устье рек Похабиха и Тыя, поверхностная вода Байкала в приустьевой акватории не соответствуют требованиям СанПиН 1.2.3685-21 по предельно допустимому количеству всех исследуемых показателей. В Баргузинском заливе в рекреационной зоне п. Максимиха зафиксировано превышение предельно допустимого количества энтерококков в пробах воды из реки Максимиха, устья, прибрежной воды Байкала и в 50 м от берега.

Для метагеномного анализа сообществ микроэукариот и бактерий (последующего выделения ДНК и проведения секвенирования ампликонов фрагментов генов 18S рРНК и 16S рРНК) было отфильтровано 17 проб воды из поверхностного слоя: 5 образцов в районе реки Похабиха, 5 образцов в район реки Максимиха и 7 образцов в районе реки Тыя и 3 образца интегральной пробы 0-25 м в 3 км от устья реки Похабиха; 11 км 670 м от устья реки Максимиха и в 3 км от устья реки Тыя. Пробы заморожены в ТЕ-буфере и доставлены в отд. ультраструктуры клетки для последующего анализа.

Для оценки влияния сточных вод на клетки диатомей были отобраны пробы для определения активности отложения кремнезема (окраска PDMPO) и изменения экспрессии генов, связанных с реакцией на стресс, с помощью ПЦР в реальном времени. В районе р. Похабиха и р. Максимиха были отобраны пробы в 4 точках, в пелагиали были отобраны образцы не только фотического слоя, но и на глубинах 50, 100 м и у дна. В районе у р. Тыя отобраны пробы в 5 точках. Для окраски PDMPO пробы зафиксированы, для выделения мРНК собраны на фильтры, законсервированы и доставлены в отд. ультраструктуры клетки для последующего анализа.

Для анализа влияния антропогенных воздействий на сообщества бентосных диатомовых водорослей с помощью аквалангистов отобрано 57 бентосных проб с различных субстратов (камни, песок, заиленный песок, куски дерева) в зонах влияния и контрольных станциях. Предварительное исследование проб микрофитобентоса с помощью световой микроскопии (СМ) показало, что в районе р. Похабиха видовой состав бентосных диатомовых более разнообразен. Здесь обнаружены много видов родов Navicula, Placoneis, Amphora. В других районах (у р. Максимиха и р. Тыя) на камнях преобладает один вид Gomphonema sp. У р. Тыя хорошо вегетирует диатомовая Didymosphenia geminata (Lyngb.) M. Schmidt. Будет проведен количественный и качественный анализ проб, подробно изучена морфология клеток диатомей, используя СМ и сканирующую электронную микроскопию (СЭМ) в отд. ультраструктуры клетки.

Для анализа фитопланктона были отобраны пробы воды из фотического слоя (поверхностный слой и интегральные пробы на глубоководных пелагических станциях) батометром Нискина. Прозрачность воды определяли диском Секки. После определения температуры, pH, окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) и электропроводности воды пробы были собраны на фильтры для последующего исследования образцов с помощью СЭМ, количественного анализа состава фитопланктона с помощью СМ. Сетью Джеди отобраны пробы для культивирования видов микроводорослей. Температура поверхностного слоя воды составляла 20-22,2°С, прозрачность воды по диску Секки варьировала от 1 до 5,5 м. В результате исследования с помощью СМ на судне во время экспедиции установлено, что фитопланктон был не богат, и в трех исследуемых зонах заметно отличался. Речные станции и станции, расположенные ближе к берегу (до 100 м от уреза), были очень бедными по сравнению с фитопланктоном на более отдаленных от берега станций. Наиболее богатыми по составу и количественным показателям был планктон пелагиали (3 км от берега). Представлен был диатомовыми (Bacillariophyta), золотистыми (Chrysophyta), зелеными (Chlorophyta), харофитовыми (Charophyta), синезелеными (Cyanophyta) и динофитовыми (Dinophyta). Фитопланктон в зоне влияния р. Похабиха преимущественно преобладали: конвергентные виды Fragilaria radians (Kützing) D.M.Williams & Roun и Ulnaria acus (Kützing) Aboal, Lindavia minuta (Skvortzov) T.Nakov et al., Ankistrodesmus arcuatus Korshikov, Asterionella formosa Hassall, и Dinobryon divergens O.E.Imhof. В качестве сопутствующих были мелкие зеленые Mucidosphaerium pulchellum (H.C.Wood) C.Bock, Proschold & Krienitz, харофитовые Elakatothrix genevensis (Reverdin) Hindák, встречались также колониальные цианобактерии Cyanodictyon planctonicum B.A.Mayer. В зоне влияния реки Максимиха в фитопланктоне чаще всего встречались цианобактерии Dolichospermum flos-aquae (Bornet & Flahault) P.Wacklin, L.Hoffmann & Komárek, D. scheremetieviae (Elenkin) Wacklin, L.Hoffmann & Komárek и Gloeotrichia echinulata P.G.Richter, а также золотистые Dinobryon stipitatum Stein, диатомовые были представлены в основном видом Asterionella formosa. В зоне влияния реки Тыя из диатомовых преобладали Aulacoseira granulata (Ehrenberg) Simonsen, Lindavia minuta, в небольшом количестве встречались Nitzschiа graciliformis Langre-Bertalot, Sinonsen et al. и Fragilaria radians/Ulnaria acus. Из золотистых преобладали виды Dinobryon stipitatum и Dinobryon divergens O.E.Imhof, среди зеленых чаще встречались Coenococcus planctonicus Korshikov. Пробы будут дальше исследоваться с помощью СМ и СЭМ, из них будет выделена ДНК, проведены ее высокопроизводительное секвенирование и биоинформатический анализ полученных последовательностей для определения таксономического разнообразия микроэукариот.

Участники экспедиции благодарят команду НИС «Академик Коптюг» за помощь в отборе проб, четкую и слаженную работу.

Подпись к микрофотографиям. Микроводоросли. СМ. 1 – Gloeotrichia echinulata; 2 – Dolichospermum flos-aquae; 3 – Dolichospermum scheremetieviae; 4 – Cyanodictyon planctonicum; 5 – Dinobryon divergens; 6 – Dinobryon stipitatum; 7 – Uroglena volvox Ehrenberg; 8 – Ceratium hirundinella; 9 – Aulacoseira baicalensis; 10 – Aulacoseira granulata; 11 – Stephanodiscus meyeri; 12 – Lindavia minuta; 13 – Ulnaria acus /Fragilaria radians; 14 – Asterionella formosa; 15 – Spirogyra sp.; 16 – Sphaerocystis planctonica; 17 – Coenococcus planctonicus; 18 – Ankistrodesmus arcuatus; 19 – Chlamidomonas sp.; 20 – Elakatothrix genevensis; 21 – Glenodinium sp.; 22 – Coelastrum pseudomicroporum Korshikov; 23, 24 – бентосные диатомеи. Масштаб: 1 – 100 мкм; 2-24 – 10 мкм.