Выполнила: Гребенщикова А.С. Научный руководитель: Рогозин Д.Ю. Кафедра биофизики ИФБиБТ СФУ Лаборатория биофизики экосистем ИБФ СО РАН Каротиноиды фототрофных микроорганизмов как палео - индикатор гидрологического режима оз. Шира

2 длина 9,3 км ширина 5,3 км глубина 24 м соленость: миксолимнион 15 г/л монимолимнион 19 г/л положение хемоклина варьирует по сезоннам в интервале глубин м концентрация сероводорода: монимолимнион мг /л Соленое озеро Шира Миксолимнион Хемоклин МонимолимнионН2SН2S Соленость, г / л Глубина, м Меромиктическое озеро

Основная цель исследования – оценить характер стратификации озера в прошлом по наличию специфических каротиноидов Задачи исследования Выделить каротиноиды из чистых культур пурпурных серных бактерий Thiocapsa sp.Shira_1, а также из зеленой водоросли Chlorella vulgaris Очистить выделенные каротиноиды и использовать их в качестве стандартов для калибровки хроматографа Оценить наличие и концентрации различных каротиноидов в донных отложениях оз. Шира с интервалом 2-5 см по глубине Выполнить обзор современного состояния исследований донных отложений на базе метода ЯМР в поле постоянных магнитов Оценить информативность метода ЯМР и разработать экспериментальную методику для изучения донных отложений оз.Шира 3

Актуальность В связи с необходимостью прогноза будущих изменений в природных экосистемах, требуются знания об изменениях в этих же экосистемах в ответ на климатические вариации в прошлом 4

5 окенон Каротиноид окенон лютеин Каротиноид лютеин Спектры поглощения каротиноидов пурпурных серных бактерий и зеленой водоросли Chlorella vulgaris

Возраст интервалов оценивался по подсчету индивидуальных слоев годичная природа подтверждена положением 137 Cs Контроль возраста и скорости осадконакопления производился по радиоуглеродным датам 665,1310 и 2450 лет, г. Познань, Польша Средняя скорость осадконакопления составила: для верхних интервалов керна – около мм год -1, для нижних – год -1 Погрешность определения возраста составила: до глубины 13 см – порядка 5 лет, для более глубоких слоев – порядка 10 лет 6 Датировка донных отложений оз. Шира

7 ВЭЖХ – хроматограмма Лороксантин База данных LipidBank (

Концентрация каротиноидов в донных отложениях оз.Шира 8

Визуализация внутренних физических характеристик отложений ЯМР и петрография Петрография наука, описывающая горные породы и составляющие их минералы. Основной метод исследования оптическая микроскопия. Ядерный магнитный резонанс ( ЯМР ) резонансное поглощение или излучение электромагнитной энергии веществом, содержащим ядра с ненулевым спином во внешнем магнитном поле, на частоте ν ( называемой частотой ЯМР ), обусловленное переориентацией магнитных моментов ядер. 9 ЯМР технологии могут существенно повысить эффективность петрологических исследований. Измерения показывают трехмерную геометрию осадочных структур и следов окаменелостей, которые повлияли на доломитизацию (процесс обогащения доломитом известкового ила (осадка) или известковой породы) и пористость развития. Изменения в морфологии нор предоставляют ответы на плотность ископаемых и очаговое распределение ресурсов. Рис.1. ЯМР- установка

Актуальность и востребованность ЯМР для исследования кернов определяется несколькими факторами: - с точки зрения физических основ механизма ЯМР релаксации наиболее значимыми являются четыре компоненты : амплитуда сигнала, соответствующая водородосодержанию, время продольной и поперечной релаксации ( Т 1 и Тг ) и коэффициенты самодиффузии в - в. Эти параметры имеют богатое петрофизическое содержание - важным свойством ЯМР изучения донных отложений являются также технологические факторы - этот метод относится к электромагнитным и дистанционным, т. е. не оказывающим какого - либо воздействия на объект исследования. Необходимо отметить возможности метода ЯМР как экспрессного и поэтапного, способного давать широкий спектр информации на различных стадиях изучения объектов 10 Рис.2. Типичный С-ЯМР спектр торфяных гумусовых кислот (Т4) Рис.3. Торф

Cтруктурно-динамический экспресс-анализ методом ЯМР нефтяных и угольных дисперсных систем ЯМР спектроскопия доменных границ в магнитоупорядоченных кристаллах Исследование тяжелых нефтей и их компонент методом ЯМР Использование ЯМР широких линий для изучения радиационных эффектов в алюминии и ванадии Оценка качества воды с применением ЯМР-спектроскопии при геоэкологическом мониторинге природно-технических систем Количественная спектроскопия ЯМР поликомпонентных систем из природного органического сырья Состав, распространение, трансформация нефтезагрязнения в почвогрунтах и донных осадках на территории Якутии Особенности определения и оценка накопления углеводородов в гидробионтах Азовского моря Распределение и активность зеленых серных бактерий в условиях низкой освещенности Черного моря Деградация органических соединений фосфора в бескислородных отложениях Балтийского моря: исследование 31P-ЯМР 11

Ожидаемые результаты Получение методом ВЭЖХ хроматограмм для образцов из керна (3 м), отобранного в июле 2011г с глубины 24 м Идентификация, содержащихся в них компонентов Установление концентрации окенона в слоях различного возраста Оценка возможности меромиктических состояний оз. Шира в геологическом прошлом Объяснение роли пурпурных серных бактерий в метаболизме озера Получение ЯМР-спектров для образца керна (40см), отобранного в июле 2011г с глубины 24 м, используя разработанную экспериментальную методику Интерпретация полученных ЯМР-спектров 12

Заключение Более детальный анализ концентраций каротиноидов в сочетании с прочими палеолимнологическими индикаторами в более глубоких кернах позволит реконструировать динамику уровня озера, а следовательно – влажности климата в данной местности на протяжении нескольких сотен и тысяч лет в прошлом Необходимым инструментом для выявления зависимости гидрологического режима от уровня воды являются математические модели, способные описывать сезонную циркуляцию водной толщи при различных метеорологических сценариях 13