Study of microbial communities in redox zone of meromictic lakes isolated from the White Sea using spectral and molecular methods

Abstract

Due to postglacial isostatic uplift many stratified lakes, at different stages of isolation, are located along the shores of the White Sea. In five lakes, located near the White Sea Biological Station of Moscow State University, salinity, temperature, pH, concentration of dissolved oxygen, redox potential, and illuminance were measured. Distribution of microorganisms and spectral properties of water layers were also studied. All the lakes had a narrow bright coloured layer in the redox zone caused by mass development of phototropic microorganisms. Light absorption and fluorescence spectra indicated algae containing chlorophyll a predominate in the red water layers while the colouration of green and brown layers is caused by green sulphur bacteria with bacteriochlorophylls d and e. Sunlight is completely absorbed in the redox zone because of the high density of algae and/or bacteria, resulting in aphotic conditions below. Coloured layers act as a specific biotope for special communities of microorganisms. Eukaryotes identified by the 18S rRNA gene included different species of mixotrophic algae and ciliates resistant to anoxia. The water layer colour and spectral characteristics (i.e. light absorption and fluorescence) of water in the redox zone can be considered indicators of the stage of lake isolation from the sea, with the red colour caused by cryptophyte alga Rhodomonas sp. bloom found in earlier stages and brown and green colours caused by green sulphur bacteria in later stages.

The Results of the Functional State of the Meiobenthic Fauna Research in High-Sulfide Biotopes of Coastal Lakes-Lagoons of the Kandalaksha Bay (White Sea)

“…Результаты измерения физикохимических параметров среды представлены в таблице 1. Помимо значений, полученных нами, приведены среднемноголетние, а также минимальные и максимальные данные для этих горизонтов по результатам многолетнего мониторинга, (Krasnova et al, 2015;Lunina et al, 2019), что позволяет охарактеризовать степень постоянства или динамичности условий обитания организмов. Анализ архивных данных необходим для полной картины пространственного распределения бентоса по глубине, поскольку экстремобионтная фауна зачастую способна пережидать кратковременную аноксию.…”

“…По данным многолетнего мониторинга (2012-2019 гг.) расположение редокс-хемоклина в озере Трёхцветное, в течение годового цикла на протяжении всего периода исследований, фиксировалась на глубине 2,0 м, тогда как в аналогичном стратифицированном озере на мысе Зелёный редокс-хемоклин находился существенно глубже (в интервале 3,5-5,5 м) и его местоположение изменялось в разные (Krasnova et al, 2015;Lunina et al, 2019).…”

“…сезоны (Krasnova et al, 2015;Lunina et al, 2019), что согласуется с полученными нами результатами (табл. 1).…”

“…В последующий период исследований с горизонта 1,5 м условия стали аэробными, а с 2 м начиналась анаэробная зона. Глубина 7,5 м (максимальная в этом водоеме) характеризовалась, как зона с постоянными анаэробными условиями, самой высокой соленостью (близкой к солености в море) и резко отрицательным ОВП (Krasnova et al, 2015;Lunina et al, 2019).…”

Isotope stratification of meromictic Lake Trekhtzvetnoe at the White Sea coast (Russia)

“…The middle water layer from 1.5 to 1.75-1.9 m is aerobic; the border between aerobic and anaerobic layers can be observed at a depth of 1.75-1.9 m depending on the seasonal water level fluctuations. At the same time, this boundary is a chemocline or redox zone, yet all through the year, its color remains bright green as a result of the growth of green sulfur bacteria (Kharcheva et al, 2013;Krasnova et al, 2015). Below the redox zone, there is a hydrosulfide water layer colored in lemon yellow, turbid due to sulfur crystals.…”