Diurnal Methane Dynamics in the Cyanobacterial Community of Soda Lake Bitter 1 (Kulunda Steppe, Altai Krai)

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Abstract—The diurnal dynamics of methane content in the near-bottom phototrophic biomass of the shallow soda Lake Bitter 1 (Gorchina 1) with a salinity of 30 g/L during the study period was investigated. The community was dominated by filamentous cyanobacteria, although no layered mat was formed. The maximum value of methane content up to 202.4 nmol CH4/cm3 was revealed in the morning hours, which significantly exceeded the night values (28.9–42.8 nmol CH4/cm3). Comparison of data on the content of methane with the relative abundance of cyanobacteria, methanogenic archaea, and methanotrophic bacteria during the twenty-four hours indicated that active processes of the methane cycle in soda lakes occurred not only in the sediments, but also in the near-bottom cyanobacterial communities. Methane content in the biomass of such a community is the result of a balance between the processes of its release by methanogens, consumption by methanotrophic bacteria, and natural degassing. It is assumed that the morning peak of methane content is associated with the release of hydrogen by diazotrophic cyanobacteria, which stimulates the development and activity of hydrogenotrophic methanogens of the genus Methanocalculus.

About the authors

O. S. Samylina

Winogradsky Institute of Microbiology, Researsch Center of Biotechnology, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: olga.samylina@gmail.com
Russia, 119071, Moscow

A. Yu. Merkel

Winogradsky Institute of Microbiology, Researsch Center of Biotechnology, Russian Academy of Sciences

Email: olga.samylina@gmail.com
Russia, 119071, Moscow

N. V. Pimenov

Winogradsky Institute of Microbiology, Researsch Center of Biotechnology, Russian Academy of Sciences

Email: olga.samylina@gmail.com
Russia, 119071, Moscow

References

  1. Горленко В.М., Брянцева И.А., Самылина O.C., Ашихмин А.А., Синетова М.А., Кострикина Н.А., Козяева В.В. Аноксигенные нитчатые фототрофные бактерии в микробных сообществах содовых озер Кулундинской степи (Алтайский край) // Микробиология. 2020. Т. 89. С. 688–699.
  2. Gorlenko V.M., Bryantseva I.A., Samylina O.S., Ashikhmin A.A., Sinetova M.A., Kostrikina N.A., Kozyaeva V.V. Filamentous anoxygenic phototrophic bacteria in microbial communities of the Kulunda Steppe soda lakes (Altai Krai, Russia) // Microbiology (Moscow). 2020. V. 89. P. 697–707.
  3. Каллистова А.Ю., Меркель А.Ю., Тарновецкий И.Ю., Пименов Н.В. Образование и окисление метана прокариотами // Микробиология. 2017. Т. 86. С. 661–683.
  4. Kallistova A.Y., Merkel A.Y., Tarnovetskii I.Y., Pimenov N.V. Methane formation and oxidation by prokaryotes // Microbiology (Moscow). 2017. V. 86. P. 671–691.
  5. Труды Института микробиологии им. С.Н. Виноградского. Вып. 14. Алкалофильные микробные сообщества / Под ред. В.Ф. Гальченко. М.: Наука, 2007. 398 с.
  6. Proceedings of Winogradsky Institute of Microbiology. V. 14. Alkaliphilic microbial communities / Ed. by Galchenko V.F. M.: Nauka, 2007. 398 p.
  7. Хмеленина В.Н., Ешинимаев Б.Ц., Калюжная М.Г., Троценко Ю.А. Потенциальная активность окисления метана и аммония метанотрофными сообществами содовых озер Южного Забайкалья // Микробиология. 2000. Т. 69. С. 553–558.
  8. Khmelenina V.N., Eshinimaev B.T., Kalyuzhnaya M.G., Trotsenko Y.A. Potential activity of methane and ammonium oxidation by methanotrophic communities from the soda lakes of Southern Transbaikal // Microbiology (Moscow). 2000. T. 69. P. 460–465.
  9. Banda J.F., Zhang Q., Ma L., Pei L., Du Z., Hao C., Dong H. Both pH and salinity shape the microbial communities of the lakes in Badain Jaran Desert, NW China // Sci. Total Environ. 2021. V. 791. Art. 148108.
  10. Bižic M., Grossart H.-P., Ionescu D. Methane Paradox // eLS / John Wiley & Sons, Ltd: Chichester, 2020. P. 1‒11. https://doi.org/10.1002/9780470015902.a0028892
  11. Chaumeil P.A., Mussig A.J., Hugenholtz P., Parks D.H. GTDB-Tk v2: memory friendly classification with the Genome Taxonomy Database // Bioinformatics. 2022. Art. btac672. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btac672
  12. Fazi S., Amalfitano S., Venturi S., Pacini N., Vazquez E., Olaka L.A., Tassi F., Crognale S., Herzsprung P., Lechtenfeld O.J., Cabassi J., Capecchiacci F., Rossetti S., Yakimov M.M., Vaselli O., Harper D.M., Butturini A. High concentrations of dissolved biogenic methane associated with cyanobacterial blooms in East African lake surface water // Commun. Biol. 2021. V. 4. Art. 845. https://doi.org/10.1038/s42003-021-02365-x
  13. Kaluzhnaya M., Khmelenina V., Eshinimaev B., Suzina N., Nikitin D., Solonin A., Lin J.L., McDonald I., Murrell C., Trotsenko Y. Taxonomic characterization of new alkaliphilic and alkalitolerant methanotrophs from soda lakes of the Southeastern Transbaikal region and description of Methylomicrobium buryatense sp. nov. // Syst. Appl. Microbiol. 2001. V. 24. P. 166–176.
  14. Namsaraev Z., Samylina O., Sukhacheva M., Borisenko G., Sorokin D., Tourova T. Effect of salinity on diazotrophic activity and microbial composition of phototrophic communities from Bitter-1 soda lake (Kulunda Steppe, Russia) // Extremophiles. 2018. V. 22. P. 651–663.
  15. Parks D.H., Imelfort M., Skennerton C.T., Hugenholtz P., Tyson G.W. CheckM: assessing the quality of microbial genomes recovered from isolates, single cells, and metagenomes // Genome Res. 2015. V. 25. P. 1043–1055.
  16. Pellegrinetti T.A., Cotta S.R., Sarmento H., Costa J.S., Delbaje E., Montes C.R., Camargo P.B., Barbiero L., Rezend-Filho A.T., Fiore M.F. Bacterial communities along environmental gradients in tropical soda lakes // Microb. Ecol. 2022. https://doi.org/10.1007/s00248-022-02086-6
  17. Sorokin D.Y., Abbas B., Geleijnse M., Pimenov N.V., Sukhacheva M.V., van Loosdrecht M.C. Methanogenesis at extremely haloalkaline conditions in the soda lakes of Kulunda Steppe (Altai, Russia) // FEMS Microbiol. Ecol. 2015a. V. 91. Art. fiv016.
  18. Sorokin D.Y., Abbas B., Merkel A.Y., Rijpstra W.I.C., Damsté J.S.S., Sukhacheva M.V., van Loosdrecht M.C.M. Methanosalsum natronophilum sp. nov., and Methanocalculus alkaliphilus sp. nov., haloalkaliphilic methanogens from hypersaline soda lakes // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2015b. V. 65. P. 3739–3745.
  19. Sorokin D.Y., Banciu H.A., Muyzer G. Functional microbiology of soda lakes // Curr. Opin. Microbiol. 2015c. V. 25. P. 88–96.
  20. Sorokin D.Y., Berben T., Melton E.D., Overmars L., Vavourakis C.D., Muyzer G. Microbial diversity and biogeochemical cycling in soda lakes // Extremophiles. 2014. V. 18. P. 791–809.
  21. Sorokin D.Y., Kuenen J.G., Muyzer G. The microbial sulfur cycle at extremely haloalkaline conditions of soda lakes // Front. Microbiol. 2011. V. 2. Art. 44.
  22. Sorokin D.Y., Merkel A.Y., Abbas B. Ecology of Methanonatronarchaeia // Environ. Microbiol. 2022. Jun 21. https://doi.org/10.1111/1462-2920.16108
  23. Thottathil S.D., Reis P.C.J., Prairie Y.T. Magnitude and drivers of oxic methane production in small temperate lakes // Environ. Sci. Technol. 2022. V. 56. P. 11041–11050.
  24. Vavourakis C.D., Andrei A.-S., Mehrshad M., Ghai R., Sorokin D.Y., Muyzer G. A metagenomics roadmap to the uncultured genome diversity in hypersaline soda lake sediments // Microbiome. 2018. V. 6. Art. 168. P. 1‒18.
  25. Yakimov M.M., Merkel A.Y., Gaisin V.A., Pilhofer M., Messina E., Hallsworth J.E., Klyukina A.A., Tikhonova E.N., Gorlenko V.M. Cultivation of a vampire: “Candidatus Absconditicoccus praedator” // Environ. Microbiol. 2022. V. 24. P. 30–49.
  26. Zorz J.K., Sharp C., Kleiner M., Gordon P.M.K., Pon R.T., Dong X., Strous M. A shared core microbiome in soda lakes separated by large distances // Nat. Commun. 2019. V. 10. Art. 4230.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (2MB)
3.

Download (253KB)
4.

Download (89KB)

Copyright (c) 2023 О.С. Самылина, А.Ю. Меркель, Н.В. Пименов

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».