Structural and Functional State of Microbial Communities of Ancient Soloids of Archaeological Monuments of the Black Sea Coast of Russia

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

A comprehensive assessment of the structural and functional state of microbial communities of multi-temporal buried ancient soloids (a soil-like formation similar to soil but without genetically formed horizons) in open archaeological pits of ancient human sites located in the middle reaches of the Mzymta River on the Sochi Black Sea coast in the Akhtsu Grotto and Akhshtyrskaya Cave was carried out. Changes in the functional biodiversity of ancient soloids compared to the background (alluvial soils that form in close proximity to the studied soloids and have similar mesomorphological properties) are noted: a decrease in the specific metabolic work (W) of microbial communities by 1.2 times according to the method of multisubstrate testing and an increase in the instability of paleomicrobial systems according to the index of the rank distribution of the spectra of consumption of substrates d > 1, which is typical for irreversibly damaged systems. The microbial community of ancient soloids has undergone a number of changes associated with anthropogenic activity. The analysis of the main absorption spectrum of substrates (MST method) showed that the microbial community of the soloid of the Akhtsu Grotto is oriented towards more intensive consumption of alcohols and amino acids, which suggests that organic matter of animal origin entered the cultural layer of the ancient human site. In the microbiome of the soloid of the Akhshtyrskaya cave the presence of lactotococci and bifidobacteria was found, which are extremely rare in soil and develop in conditions of excess carbohydrates on rich complex media, such as fermented meat and plant residues. Also, an increase in the content of keratinolytic fungi capable of decomposing keratin of hair, wool, feathers, etc. was found in the cultural layer of the cave site. Prokaryotic taxonomy in all the studied soils, with or without anthropogenic impact, was characterized by the predominance of the members of the Thermoleophilia clade and the families Gaiellaceae and Solirubrobacterales. Considering that these species require positive temperatures to develop, it suggests that the soils were formed in a mild climate. The Akhtsu grotto paleosols are a promising source of bacteria (genera Janthinobacterium, Lysobacter, Chitinophaga) that may have biotechnological potential.

Full Text

Restricted Access

About the authors

E. V. Rogozhina

Subtropical Scientific Centre of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: RogojinaEW@yandex.ru
Russian Federation, Sochi, 354002

L. V. Zakharikhina

Subtropical Scientific Centre of the Russian Academy of Sciences

Email: rogojinaew@yandex.ru
Russian Federation, Sochi, 354002

A. S. Kizilov

Subtropical Scientific Centre of the Russian Academy of Sciences

Email: rogojinaew@yandex.ru
Russian Federation, Sochi, 354002

M. V. Gorlenko

Lomonosov Moscow State University

Email: rogojinaew@yandex.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

References

  1. Андронов Е.Е., Иванова Е.А., Першина Е.В., Орлова О.В., Круглов Ю.В., Белимов А.А., Тихонович И.А. Анализ показателей почвенного микробиома в процессах, связанных с почвообразованием, трансформацией органического вещества и тонкой регуляции вегетационных процессов // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2015. Вып. 80. С. 83–94.
  2. Борисов А.В., Петерс С., Чернышева Е.В., Коробов Д.С., Рейнхольд С. Химические и микробиологические свойства культурных слоев поселений кобанской культуры (XIII IХ вв. до н. э.) в окрестностях г. Кисловодска // Вестник археологии, антропологии, этнографии. 2013. № 4 (23). С. 142–153.
  3. Горленко М.В., Кожевин П.А. Мультисубстратное тестирование природных микробных сообществ. М.: МАКС Пресс, 2005. 87 с.
  4. Горячкин С.В. География экстремальных почв и почвоподобных систем // Вестник РАН. 2022. T. 92. № 6. С. 564–571. https://doi.org/10.31857/S0869587322060056
  5. Демкина Т.С. Пространственно-временная динамика состояния микробных сообществ почв степей Волго-Донского междуречья // Аридные экосистемы. 2020. Т. 26. № 1(82). С. 76–83.
  6. Каширская Н.Н., Хомутова Т.Э., Кузнецова Т.В., Шишлина Н.И., Борисов А.В. Динамика химических и микробиологических свойств почв пустынно-степной зоны юго-востока русской равнины во второй половине голоцена (IV тыс. до н. э. – XIII в. н. э.) // Аридные экосистемы. 2018. Т. 24. № 1 (74). С. 52–61.
  7. Каширская Н.Н., Чернышева Е.В., Хомутова Т.Э., Дущанова К.С., Потапова А.В., Борисов А.В. Археологическая микробиология: теоретические основы, методы и результаты // Российская археология. 2021. № 2 C. 7–18. https://doi.org/10.31857/S086960630010975–1
  8. Классификация почв России. Смоленск: Ойкумена, 2008. 242 с.
  9. Ковалева Н.О., Столпникова Е.М. Вулканические почвенные толщи Малого Кавказа как архив раннеплейстоценовой палеоэкологической информации // Палеонтологический журнал. 2020. 54. С. 872–881.
  10. Кулаков С.А., Кизилов А.С., Дятлов А.С. Открытие нового памятника мезолита в Сочинском Причерноморье // Археологические открытия. 2015. Т. 2015. С. 233–234.
  11. Кулаков С.А., Кулькова М.А. Предварительная корреляция результатов стратиграфического и литолого-минералогического изучения отложений Ахштырской пещерной стоянки. Палеолит и мезолит Восточной Европы: М., 2011. С. 59–77.
  12. Манучарова Н.А., Чепцов В.С., Белов А.А., Воробьева Е.А., Зенова Г.М., Степанов А.Л. Почва как природный банк микробного разнообразия: новые подходы и актуальные аспекты // Вестник Российского фонда фундаментальных исследований. 2020. Т. 106. № 2. С. 88–100.
  13. Пат. № 2335543 C2 РФ, МПК C12Q 1/02. Способ мультисубстратного тестирования микробных сообществ и его применение.
  14. Практикум по агрохимии / Под ред. Минеева В.Г. М.: Изд-во МГУ, 2001. 687 с.
  15. Практикум по микробиологии / Под ред. Нетрусова А.И. М.: Издательский центр “Академия”, 2005. 608 с.
  16. Рябогина Н.Е., Якимов А.С. Палинологические и палеопочвенные исследования на археологических памятниках: анализ возможностей и методика работ // Вестник археологии, антропологии и этнографии (палеоэкология). 2010. № 2 (13). C. 186–200.
  17. Салливан Р.Ф., Холтман М.А., Зилстра Дж.Дж.Дж., Уайт Дж.Ф., Кобаяши Д.Ю. Таксономическое положение двух агентов биологической борьбы с болезнями растений как Лизобактер энзимогены основан на филогенетическом анализе 16S рДНК, составе жирных кислот и фенотипических характеристиках // Журнал прикладной микробиологии. 2003. № 94. C. 1079–1086.
  18. Таргульян В.О., Бронникова М.А. Память почв: теоретические основы концепции, современное состояние и перспективы развития // Почвоведение. 2019. № 3. С. 259–275. https://doi.org/10.1134/S0032180X19030110
  19. Турчинская С.М., Семиколенных А.А., Мазина С.Е., Зазовская Э.П. Изотопный состав углерода и азота компонентов подземных карстовых геосистем на примере экскурсионных пещер Предуралья и Кавказа // Известия Российской академии наук. Серия географическая. 2022. № 86(5). С. 715–730.https://doi.org/10.31857/S2587556622050132
  20. Хоробрых Р.Р., Галиулин Р.В., Галиулина Р.А., Башкин В.Н. Управление риском загрязнения водоисточников из почвы гербицидом 2.4-Д // Проблемы анализа риска. 2020. № 1. https://doi.org/10.32686/1812-5220-2020-17-1-24-29
  21. Чеpнышева Е.В., Боpиcов А.В., Коpобов Д.C. Биологичеcкая память почв и культуpныx cлоев аpxеологичеcкиx памятников. М.: ГЕОC, 2016. 245 с. https://www.rfbr.ru/rffi/ru/books/o_1968437
  22. Brockman F.J., Kieft T.L., Fredrickson J.K., Bjornstad B.N., Li S.W., Spangenburg W., Long P.E. Microbiology of vadose zone paleosols in south-central Washington State // Microb. Ecol. 1992. V. 23. P. 279–301. https://doi.org/10.1007/BF00164101
  23. Chernov T.I., Kholodov V.A., Kogut B.M., Ivanov A.L. The Method of Microbiological Soil Investigations within the Framework of the Project “Microbiome of Russia” // Dokuchaev Soil Byulleten. 2017. V. 87. P. 100–113. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2017-87-100-113
  24. Chernov T.I., Zhelezova A.D., Kutovaya O.V. Makeev A.O., Tkhakakhova A.K., Bgazhba N.A., Kurbanova F.G., et al. Comparative Analysis of the Structure of Buried and Surface Soils by Analysis of Microbial DNA // Microbiology. 2018. V. 87. P. 833–841. https://doi.org/10.1134/S0026261718060073
  25. Demkina T.S., Khomutova T.E., Kashirskaya N.N., Stretovich I.V., Demkin V.A. Microbiological investigations of paleosols of archeological monuments in the steppe zone // Eurasian Soil Sc. 2010. V. 43. P. 194–201. https://doi.org/10.1134/S1064229310020092
  26. Frindte K., Lehndorff E., Vlaminck S, Werner K., Kehl M., Khormali F., Knief C. Evidence for signatures of ancient microbial life in paleosols // Sci Rep. 2020. V. 10. P. 16830. https://doi.org/10.1038/s41598–020–73938–9
  27. Marfenina O.E., Gorbatovskaya E.V., Gorlenko M.V. Mycological Characterization of the Occupation Deposits in Excavated Medieval Russian Settlements // Microbiology. 2001. V 70. P. 738–742. https://doi.org/10.1023/A:1013152202535
  28. Margesin R., Siles J.A., Cajtham T., Öhlinger B., Kistler E. Microbiology Meets Archaeology: Soil Microbial Communities Reveal Different Human Activities at Archaic Monte Iato (Sixth Century BC) // Microbial Ecology. 2017. V.73(4). P. 925–938. https://doi.org/10.1007/s00248–016–0904–8
  29. Pantanella F., Berlutt, F., Passariello C., Sarl, S., Morea C., Schippa S. Violacein and biofilm production in Janthinobacterium lividum // J. Applied Microbiology. 2007. V. 102(4). P. 992–999. https://doi.org/10.1111/j.1365–2672.2006.03155.x
  30. Peters S., Borisov A.V., Reinhold S., Korobov D.S., Thiemeyer H. Microbial characteristics of soils depending on the human impact on archaeological sites in the Northern Caucasus // Quaternary International. 2014. V. 324. P. 162–171. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2013.11.020.
  31. Semenov M.V., Chernov T.I., Zhelezova A.D., Nikitin D.A., Tkhakakhova A.K., Ivanova E.A., Xenofontova N.A. et al. Microbial Communities of Interglacial and Interstadial Paleosols of the Late Pleistocene // Eurasian Soil Sc. 2020. V. 53. P. 772–779. https://doi.org/10.1134/S1064229320060101
  32. Siles J.A., Öhlinger B., Cajthaml T., Kistler E., Margesin R. Characterization of soil bacterial, archaeal and fungal communities inhabiting archaeological human-impacted layers at Monte Iato settlement (Sicily, Italy) // Sci Rep. 2018. V. 8. P. 1903. https://doi.org/10.1038/s41598–018–20347–8
  33. Zakharikhina L.V., Rogozhina E.V., Kizilov A.S. Paleosols of archaeological sites in the sochi black sea coast //Nveo-Natural Volatiles Essential Oils Journal| Nveo. 2021. P. 8004–8036. https://www.nveo.org/index.php/journal/article/view/1668
  34. Zhao X.R, Wu H.-Y., Song X.-D., Yang S.-H., Dong Y., Yang J.-L., Zhang G.-L., et al. Intra-horizon differentiation of the bacterial community and its co-occurrence network in a typical Plinthic horizon // Science of The Total Environment. 2019. Т. 678. P. 692–701. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.04.305
  35. Felis G.E., Dellaglio F. Taxonomy of Lactobacilli and Bifidobacteria // Curr. Issues Intest. Microbiol. 2007. V. 8(2). P. 44–61. PMID: 17542335
  36. Liu X., Mao B., Gu J., Wu J., Cui S., Wang G., Zhao J., Zhang H., Chen W. Blautia-a new functional genus with potential probiotic properties? // Gut Microbes. 2021 V. 13. P. 1875796. https://doi.org/10.1080/19490976.2021.1875796

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig.1

Download (128KB)
3. Fig.2

Download (228KB)
4. Fig.3

Download (107KB)
5. Fig.4

Download (589KB)
6. Рис. 5. Кератинофильные грибы солоидов Ахштырской пещеры на волосе современного человека, используемого в качестве приманки.

Download (82KB)

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies