Микробные сообщества пещер

[sss]

Уважаемые коллеги. Мы завершили многолетнее исследование микробных сообществ карстовых пещер Средней Сибири (точнее, завершили первый этап). Одна диссертация (по грибам) уже сдана в совет, защита 24 мая. Вторую (по бактериям) планируем на осень. Тема новая и для совета непривычная. Поэтому огромная просьба, всем кто может – отзывы на автореферат. Мой адрес – skhizhnyak@yandex.ru
Всем, кто откликнется, сброшу автореферат по e-mail, если нужна будет твёрдая копия – отправлю. Заранее благодарен.
Сергей Хижняк.

Несколько слов об объекте. В современной литературе отсутствует единое определение пещеры. В.Н. Дублянский и В.Н. Андрейчук (Дублянский, 1991) приводят порядка 9 разных определений. Лично мне ближе такое: " подземные полости естественного происхождения, характеризующиеся стабильностью физико-химических условий, изолированностью от наземных экосистем и отсутствием естественного освещения."

Наибольшее распространение на Земле имеют карстовые пещеры, образующиеся в результате растворения и механического разрушения растворимых (карстующихся) пород. В первую очередь - известняки, доломиты, гипсы. Надежных сведений о числе и суммарной протяженности пещер на Земле нет. Пожалуй, спелеология – это единственная область, где до сих пор делаются географические открытия, причем практически ежегодно. Соответственно, публикуемые данные успевают устареть еще до публикации. Довольно регулярно обновляемая World Cave Database содержит сведения 1628 пещерах с протяженностью ходов от 3000 м  до 579364 м, и о 1075 пещерах с глубиной (перепадом высот) от 300 м до 2080 м. Суммарная протяженность включенных в базу данных пещер составляет около 17,4 тыс. км. Однако, подчеркиваю – это только крупные полости (от 3 км и выше). Опыт же показывает, что на одну большую полость обычно приходятся десятки мелких (от сотен м до 1-2 км). Общее число (известных на сегодняшний день) карстовых пещер Дублянский оценивает как 10^5. Некоторые геологи высказывают мнение, что на сегодняшний день известно не более 0,1-10% реально существующих полостей. Масштабы распространения и размеры карстовых пещер таковы, что позволяют выделять их в особую оболочку Земли – карстосферу (Маруашвили, 1970).

Возраст пещер может составлять от нескольких тысяч до сотен миллионов лет.

Исторически первые исследования в пещерах были посвящены их картографическому описанию, затем – различным аспектам геологии, минералогии и геохимии. Примерно в конце 19 – начале 20 в пещерами заинтересовались биологи. Тогда же появился термин "биоспелеология". Оказалось, что в пещерах есть уникальные экосистемы, в том числе –  с реликтами прошлых геологических эпох. Большинство исследований пещерной биоты до сегодняшнего момента имеют "зоологическую" направленность. Первые работы по микробиологии датируются серединой ХХ в, однако настоящий бум приходится на конец ХХ – начало ХХI в. С конца XX в. пещерами активно интересуется NASA (отработка технологий поиска внеземной жизни). Несмотря на активный интерес, о пещерных микробных сообществах до сих пор известно довольно мало. Причины:
1) Каждая пещера – уникальный географический объект, со своей историей, микроклиматом, геологией, химией, биологией. Результаты, полученные для одной пещеры, далеко не всегда можно распространять на другие (даже соседние).
2) На сегодняшний момент не отработаны подходы и методики. Всё – в стадии становления. В общем, "за неимением лучшего", ориентируются на методы почвенной микробиологии, соответствующим образом модифицируя.
3) Работа в мало-мальски серьезных пещерах, кроме всего прочего, требует спортивно-технической подготовки. Вдобавок – это элементарно опасно, а спас.работы в пещерах крайне затруднены.

Вероятно, в силу перечисленных причин, публикации по пещерным микроорганизмам в нашей стране (начиная с 1948) можно пересчитать чуть ли не по пальцам одной руки.

Я заинтересовался пещерными микробами довольно случайно (хотя "спортивной" спелеологией увлекаюсь с 1983). Увлекшись сам, увлек студентов, которые впоследствии выросли в аспирантов. Исследования выполняются в пещерах Красноярского края, Хакасии и (1 пещера) Кемеровской области. Почти вся работа – на голом энтузиазме участников, за исключением 1999 г., когда мы получили грант (довольно небольшая сумма).

Особенности сибирских пещер (как, впрочем, и других карбонатных пещер умеренной климатической зоны, за исключением "промывных"):
1) Постоянная низкая температура. Сезонные колебания – только в привходовой зоне. Далее (обычно, но не всегда) – зона температурной депрессии (постоянный минус, часто – подземный ледник). Далее (в зависимости от морфологии полости) на расстоянии от первых десятков до первых сотен м от входа – стабильная, не зависящая от сезона температура (+3 ... +5С).
2) Олиготрофность условий. Первичная продукция за счет фотосинтеза исключена, хемосинтетиков тоже нет (вообще – то в некоторых пещерах они есть, но не у нас).
3) Пещеры старые (до 20-25 млн. лет), находятся на "сухой" стадии развития. Т.е. (в отличие, например, от пещер Архангельской обл., Кавказа, Алтая, Альп) нет регулярного заноса микрофлоры паводковыми водами. Основной источник воды – инфильтрация через породу и конденсат.

Довольно быстро стало ясно, что в сибирских пещерах
1) Микроорганизмов много. Бактерии (имеются в виду – растущие на питательных средах) – до 10^7 КОЕ/г , грибы – до 10^6 КОЕ/г. Т.е. грибов, например, в некоторых участках на порядки больше, чем в лесных почвах.
2) Распределение в пределах полости очень гетерогенное. Даже в одном гроте численность может отличаться на 3-4 порядка.
3) И бактерии, и грибы представлены целым спектром форм, находящихся на разных стадиях эволюционной адаптации к низким температурам: от типичных мезофилов до облигатных психрофилов плюс весь спектр переходных от мезо-  к психро-.

При планировании дальнейших исследований встал выбор: изучить детально одну "модельную" пещеру, либо – собрать (пусть менее детальную) информацию по большому числу разных пещер. Я остановился на втором варианте. И, похоже, не ошибся, поскольку дальнейшие исследования показали, что по микробиологическим характеристикам даже расположенные в одном карстовом участке на расстоянии 2-3 км друг от друга пещеры могут отличаться как "небо и земля". В итоге у нас появились данные по 16 пещерам, различающимся географическим местоположением, морфологией и уровнем антропогенной нагрузки. Это позволило делать кое-
какие обобщения. Все желающие смогут ознакомиться через автореферат.

Интересно, что работа дала неожиданный практический выход. Небольшое разведочное исследование (на уровне диплома) показало, что среди пещерных психрофильных и "психротолерантных" (за отсутствием подходящего термина мы называем так промежуточные между психрофилами и мезофилами формы) грибов полно антагонистов к возбудителям заболеваний растений. Видимо, результат жесткой субстратной конкуренции в олиготрофных условиях пещер. Как следствие – набор антибиотиков для подавления конкурентов. Вообще-то антагонистами сейчас никого не удивишь. Однако очень серьезное препятствие в массовом применении грибов для борьбы с болезнями растений – это угроза здоровью человека. В последние годы было показано, что целая куча грибов, ранее считавшихся безвредными, способна вызывать микозы у человека. Причины обсуждаются, однако факт остается фактом. В этой связи при выборе грибов для производства биопрепаратов очень серьезное внимание уделяют безопасности. Наши же психрофилы/психротолеранты в принципе не могут расти при температуре человеческого тела – верхний предел +24..+30С (у разных по разному). В то же время в почвах в начале вегетации (когда, собственно, и требуется применять биопрепараты) температура для них будет вполне комфортная, близкая к оптимуму (+10..+25С, в зависимости от штамма). Сейчас на исследование этих психро- (в практических целях) посадил магистершу с прицелом на аспирантуру.

Прошу прощения за длинный пост. Очень надеюсь на отзывы. А то мало, что аспирантка боится, так и я уже бояться начал. Тема уж очень необычная для нашей страны (на Западе титулом "профессор биоспелеологии" никого не удивишь).

[Gilgamesh]

Будет ли уместным размещение данного запроса в блогосфере? В профильных сообществах Живого Журнала?

[plantago]

Рекомендую поместить объявление вот здесь:
http://molbiol.ru/forums/index.php?showforum=55
Микробиологов и микологов на форуме довольно много. Сам я, хотя и работаю теперь с грибами, все же не стал пока настоящим микологом, так что помочь Вам вряд ли смогу.

[sss]

Будет ли уместным размещение данного запроса в блогосфере? В профильных сообществах Живого Журнала?

А что это такое? Я просто не в курсе.

Рекомендую поместить объявление вот здесь:
Микробиологов и микологов на форуме довольно много. Сам я, хотя и работаю теперь с грибами, все же не стал пока настоящим микологом, так что помочь Вам вряд ли смогу.

Спасибо за ссылку, обязательно размещу. Диссертация идет по специальности 03.00.16 – экология. Так что устраивают любые отзывы (не обязательно микробиологов), от к.б.н./PhD и выше. Что же касается отзывов специалистов конкретно по биоспелеологии - таковых в нашей стране крайне мало. И те, кого я знаю, уже озадачены написанием, или будут озадачены в ближайшие день-два. Тему на палео ру я организовал как раз по тому, что здесь есть биологи из разных областей. Было бы интересно пообсуждать результаты как раз с разными специалистами. Дело в том, что "холодные" пещеры – уникальный полигон, в том числе и для изучения процессов эволюции.

[Gilgamesh]

Биологическое сообщество (одно из)
http://community.livejournal.com/ru_biology/profile
http://community.livejournal.com/ru_biology

Вообще естественнонаучное
http://community.livejournal.com/ru_nauka/profile
http://community.livejournal.com/ru_nauka

Сообщество, посвященное биологическим конференциям и т.п.
http://community.livejournal.com/bioevents_ru/profile

А это (пардон за монструозную ссылку) сообщества, интересующиеся спелеологией
http://www.livejournal.com/interests.bml?int=%D1%81%D0%BF%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%8F

с микологией хуже, конечно
В этих сообществах могут оказаться заинтересованные и компетентные люди.

[sss]

Сегодня в Красноярском государственном аграрном университете успешно (точнее – БЛЕСТЯЩЕ) прошла защита моей аспирантки на тему "Микромицеты карстовых полостей Средней Сибири". С авторефератом можно ознакомиться на
http://www.kgau.ru/science/nesterenko.doc

Только по недосмотру туда вывесили не ту версию автореферата. В защищаемых положениях следует читать "1.   Специфические комплексы микромицетов пещер Средней Сибири, представленные грибами, находящимися на разных стадиях эволюционной адаптации к низкотемпературным условиям подземной среды."
В Главе 1 вместо ""Микологические исследования пещер, расположенных на территории бывшего СССР,  ограничиваются всего несколькими публикациями" следует читать "Микологические исследования пещер, расположенных на территории бывшего СССР,  ограничиваются всего несколькими публикациями (Лисина-Кулик, 1967, 1968, 1969; Semikolennykh, 1997; Иванова, 2002; Семиколенных, 2004)."

На подходе ещё одна аналогичная диссертация - по бактериям. Если будет интересно - могу дать подробности.

Пользуюсь случаем ещё раз поблагодарить Александра Маркова за отзыв.

[Gilgamesh]

Поздравления Вам и начинающей кандидатке! :smt041

[e-note]

мои поздравления!! работа действительно интересная.