Проекты

Описание инициативы (проектной идеи)

Арктические экосистемы очень легко подвергаются антропогенному воздействию, при этом долго и сложно восстанавливаются. Загрязнение поверхностных ландшафтов, пресноводных и морских водоемов арктических широт высокомолекулярными органическими соединениями и смесями (в том числе, нефтепродуктами, тяжёлыми металлами и другими экотоксикантами техногенного происхождения) оказывает существенное влияние на биогеохимические процессы, происходящие в экосистемах. Проблема накопленного вреда и возрастания антропогенно-технической нагрузки в Арктическом регионе (развитие инфраструктуры Северного морского пути и рост объема перевозок) представляется особенно острой – не только из-за климатических условий, но и ввиду заповедного статуса ряда территорий и, как следствие, имеющихся ограничений на использование сторонних агентов ремедиации. Это способствует значительному увеличению интереса в области изучения естественного потенциала арктических экосистем к самовосстановлению: биоразнообразия микробного сообщества арктических почв, его адаптационных механизмов и физиологических возможностей.
Согласно современным представлениям, биоремедиация с использованием локальных (автохтонных) микроорганизмов рассматривается как наиболее экологичная и экономичная технология снижения негативных последствий от антропогенных загрязнений для арктических условий, но требует глубокого понимания состава микробиома почв и сопредельных сред, а также его функциональных возможностей в условиях полярного климата. В экстремальных условиях высокоширотных полярных регионов биом имеет ряд специфических особенностей (минусовые среднегодовые температуры, скудный растительный покров, нарушенный почвенный покров и климатические сложности его восстановления, наличие вечной мерзлоты и др.), что требует детального подбора методов биоремедиации для каждой конкретной территории и типа её загрязнения.
Ранее соавторами заявки уже проводились работы по анализу разнообразия и физиологической активности микробного сообщества полярных почв и грунтов территорий Арктики и Антарктиды, подвергающихся техногенному воздействию – были получены результаты о значительном потенциале местного микробиома к нефтедеструкции, а также влияния на его состав присутствия тяжёлых металлов. В связи с этим, представляет интерес расширение диапазона параллельных анализов образцов из аналогичных экосистем в Антарктиде, как полярного региона со своими климатическими особенностями — для сравнения наблюдаемых закономерностей в функциональном отклике экосистем на антропогенные поллютанты.
Целью работы в рамках проекта является исследование микробного сообщества (бактерий, дрожжевых и мицелиальных грибов) арктических почв и грунтов и определение потенциала психротолерантных и психрофильных штаммов в качестве агентов биоремедиации природных наземных экосистем от загрязнения высокомолекулярными органическими соединениями и другими экотоксикантами в условиях антропогенного воздействия. В работе планируется применение комплексного методического подхода, позволяющего на современном уровне оценить изменения, происходящие в нарушенных системах, будет использоваться широкий набор современных методов исследования, включая молекулярно-биологические.
Задачи исследования.
1) Провести отбор образцов почвы репрезентативных экосистем на территории заповедника Русская Арктика по регулярной геостатистической сетке, включая ключевые участки трансформированных ландшафтов и нативные экотопы;
2) Выполнить метагеномное секвенирование (shotgun metagenomics) и метабаркодинг по функциональным генам для оценки таксономического состава и функционального потенциала к деструкции полимерных соединений микробными сообществами почв заповедника Русская Арктика;
3) Из загрязнённых и фоновых почв выделить чистые культуры мицелиальных грибов, идентифицировать их по генам ITS, tef1α, β-tub, LSU;
4) Провести количественную ПЦР (qPCR) с таргетными праймерами для количественного определения численности функциональных генов нефтедеструкторов;
5) Провести сравнительный анализ численности и доли метаболически активных прокариот в пробах загрязненных углеводородами и нативных арктических почв различных территорий заповедника Русская Арктика.
6) Измерить ключевые почвенно-экологические параметры: Сорг (общее содержание), N минеральный (NH₄⁺, NO₃⁻), рН, влажность, температуру;
7) На основе полученных данных определить локусы наибольшей метаболической активности микробиома в зависимости от типа загрязнения.
Полученные результаты могут быть полезны для:
- пространственного картирования функциональных генов микробного сообщества и выбора стратегии ремедиации.
- прогнозирования состояния растительного покрова и эрозионных процессов в зонах антропогенной нагрузки.
- разработки эффективных препаратов для борьбы с загрязнениями нефтепродуктами и тяжёлыми металлами в холодных климатических условиях.
- включения в просветительские материалы для сотрудников природоохранных структур и молодых специалистов в области экологии и микробиологии.