Brief review of phototrophs in the Crimean hypersaline lakesand lagoons: diversity, ecological role, the possibility of using

Main Article Content

N. V. Shadrin

http://orcid.org/0000-0002-2580-3710

https://elibrary.ru/author_items.asp?id=502490

E. V. Anufriieva

http://orcid.org/0000-0002-6237-7941

https://elibrary.ru/author_items.asp?id=798297

S. N. Shadrina

https://elibrary.ru/author_items.asp?id=820715

Abstract

Widespread, including in Crimea, hypersaline waters are among the most extreme habitats of the planet. The need to adapt organisms to living in polyextreme environment has led to the development of a variety of adaptive mechanisms with a synthesis of unique secondary metabolites, which makes organisms dwelling hypersaline waters very promising to use them in different areas of biotechnology and aquaculture. There are three groups of phototrophs using different types of phototrophy in the Crimean hypersaline waters: oxygenic photosynthesis (cyanobacteria, microalgae, and plants), anoxygenic photosynthesis (purple and green bacteria) and proton bacteriorhodopsin pump (archaea). Diversity and roles of these groups in the Crimean lakes and lagoons as well as some perspectives of their practical use are discussed.

Article Details

Shadrin N. V., Anufriieva E. V., Shadrina S. N. Brief review of phototrophs in the Crimean hypersaline lakesand lagoons: diversity, ecological role, the possibility of using. Marine Biological Journal, 2017, vol. 2, no. 2, pp. 80-85. doi: 10.21072/mbj.2017.02.2.08
Keywords:
phototrophic organisms, primary production, osmolytes, cyanotoxins, biotechnology
Section
Scientific communications

References

1. Ануфриева Е. В. Cyclopoida в гиперсоленых водоемах Крыма и мира: разнообразие, влияние факторов среды, экологическая роль // Журнал Сибирского федерального университета. Серия Биология. 2016. Т. 9, № 4. С. 398–408. [Anufriieva E. V. Cyclopoida in hypersaline waters of the Crimea and the world: diversity, the impact of environmental factors, ecological role. Zhurnal Sibirskogo Federal’nogo Universiteta. Biologiya, 2016, vol. 9, № 4, pp. 398–408. (in Russ.)].

2. Ануфриева Е. В., Шадрин Н. В., Шадрина С. Н. История изучения биоразнообразия гиперсоленых водоемов Крыма (обзор) // Аридные экосистемы. 2017. Т. 23, № 1 (70). С. 67-74. [Anufriieva E. V., Shadrin N. V., Shadrina S. N. History of research on biodiversity in Crimean hypersaline waters. Aridnye Ekosistemy, 2017, vol. 23, no. 1 (70), pp. 67–74. (in Russ.)].

3. Васильева Л. В., Берестовская Ю. Ю., Самылина О. С., Герасименко Л. М., Шадрин Н. В. Сезонные изменения гетеротрофного бактериопланктона в солёных озёрах Крыма // Морской экологический журнал. 2008. Т. 7, № 4. С. 40. [Vasil’eva L. V., Berestovskaya Yu. Yu., Samylina O. S., Gerasimenko L. M., Shadrin N. V. Seasonal changes of bacterioplankton in the Crimean saline lakes. Morskoj ekologicheskij zhurnal, 2008, vol. 7, no. 4, pp. 40. (in Russ.)].

4. Горленко В. М. Фотосинтезирующие бактерии водоемов южной части Крымского полуострова // Микробиология. 1968. Т. 37, № 4. С. 745–748. [Gorlenko V. M. Photosynthetic bacteria in reservoirs of southern part of Crimean Peninsula. Mikrobiologiya, 1968, vol. 37, no. 4, pp. 745–748. (in Russ.)].

5. Горленко В. М., Компанцева Е. И., Короткое С. А., Пучкова H. H., Саввичев A. C. Условия развития и видовой состав фототрофных бактерий в соленых мелководных водоемах Крыма // Известия АН СССР. Серия биологическая. 1984. № 3. С. 362–374. [Gorlenko V. M., Kompantseva E. I., Korotkoe S. A., Puchkova H. H., Savvichev A. C. Conditions of development and species composition of phototrophic bacteria in the saline shallow waters of the Crimea. Izvestiya Academii nauk SSSR. Seriya biologicheskaya, 1984, № 3, pp. 362–374. (in Russ.)].

6. Заварзин Г. А. Лекции по природоведческой микробиологии. Москва: Наука, 2003. 348 с. [Zavarzin G. A. Lectsii po prirodovedcheskoy microbiologii. Moscow: Nauka, 2003, 348 p. (in Russ.)].

7. Заварзин Г. А., Герасименко Л. М., Жилина Т. Н. Цианобактериальные сообщества гиперсоленых лагун Сиваша // Микробиология. 1993. Т. 62, вып. 6. С. 1113–1126. [Zavarzin G. A., Gerasimenko L. M., Zhilina T. N. Cyanobacterial Сommunities in Hypersaline Lagoons of Lake Sivash. Mikrobiologiya, 1993, vol. 62, iss. 6, pp. 1113–1126. (in Russ.)].

8. Исаченко Б. Л. Микробиологические исследования над грязевыми озерами // Труды Геологического комитета. 1927. Вып. 148. С. 15–21. [Isachenko B. L. Mikrobiologicheskie issledovaniya nad gryazevymi ozerami (Microbiological Analysis over Mud Lakes). Trudy Geologicheskogo komiteta, 1927, iss. 148, pp. 15–21. (in Russ.)].

9. Мейер К. И. Сиваш и его флора // Естествознание и география. 1916. Т. 21, № 1–2. С. 1–19. [Meier K. I. Flora of Sivash Lake. Estestvoznanie i geografiya, 1916, vol. 21, nos. 1–2, pp. 1–19. (in Russ.)].

10. Миходюк О. С., Герасименко Л. М., Венецкая Ю. Ю., Шадрин Н. В. Аноксигенный фотосинтез в планктоне соленых озер Крыма: первые оценки // Морской экологический журнал. 2008. Т. 7, № 3. С. 50. [Mikhodyuk O. S., Gerasimenko L. M., Venetskaya Y. Y., Shadrin N. V. Anoxygenic photosynthesis in plankton of the Crimean saline lakes: first evaluation. Morskoj ekologicheskij zhurnal, 2008, vol. 7, № 3, pp. 50. (in Russ.)].

11. Неврова Е. Л., Шадрин Н. В. Донные диатомовые водоросли гиперсоленых водоемов Крыма // Микроводоросли Черного моря: проблемы сохранения биоразнообразия и биотехнологического использования. Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2008. С. 112–118. [Nevrova E. L., Shadrin N. V. Bottom diatoms in the Crimean hypersaline water bodies. In: The Black Sea microalgae: problems of biodiversity preservation and biotechnological usage. Sevastopol: EKOSI-Gidrofizika, 2008, pp. 112–118. (in Russ.)].

12. Празукин А. В., Бобкова А. Н., Евстигнеева И. К., Танковская И. Н., Шадрин Н. В. Структура и сезонная динамика фитокомпоненты биокосной системы морского гиперсоленого озера на мысе Херсонес (Крым) // Морской экологический журнал. 2008. Т. 7, № 1. С. 61–79. [Prazukin A. V., Bobkova A. N., Evstigneeva I. K., Tankovskaya I. N., Shadrin N. V. Structure and seasonal dynamics of the phytocomponent of the bioinert system marine hypersaline lake on cape of Chersonesus (Crimea). Morskoj ekologicheskij zhurnal, 2008, vol. 7, № 1, pp. 61–79. (in Russ.)].

13. Садогурский С. Е. К изучению донной растительности соленых озер Керченского полуострова (Крым) // Бюллетень Никитского ботанического сада. 2007. Вып. 94. С. 20–24. [Sadogursky S. E. The benthic vegetation studying of salt lakes on Kerch peninsular (Crimea). Bulleten Nikitskogo Botanicheskogo sada, 2007, iss. 94, pp. 20–24. (in Russ.)].

14. Сеничева М. И., Губелит Ю. И., Празукин А. В., Шадрин Н. В. Фитопланктон гиперсоленых озер Крыма // Микроводоросли Черного моря: проблемы сохранения биоразнообразия и биотехнологического использования. Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2008. С. 93–99. [Senicheva M. I., Gubelit Y. I., Prazukin A. V., Shadrin N. V. Phytoplankton of the Crimean hypersaline lakes. In: The Black Sea microalgae: problems of biodiversity preservation and biotechnological usage. Sevastopol: EKOSI-Gidrofizira, 2008, pp. 93–99. (in Russ.)].

15. Федченко Г. П. О самосадочной соли и соляных озерах Каспийского и Азовского бассейнов // Известия Императорского общества любителей естествознания, антропологии и этнографии. 1870. Т. 5. Вып. 1. 112 с. [Fedchenko G. P. The deposited lump salt and salt lakes of the Caspian and Azov sea basins. Izvestiya Imperatorskogo obshchestva lyubitelei estestvoznaniya, antropologii i etnografii, 1870, vol. 5, iss. 1, 112 p. (in Russ.)].

16. Шадрин Н. В. Ракообразные в гиперсоленых водоемах: специфика существования и адаптации // Актуальные проблемы изучения ракообразных континентальных вод: материалы лекций и докл. Междунар. шк.-конф. (Борок, 5–8 ноября 2012 г.). Кострома: Костромской печатный дом, 2012. С. 316–318. [Shadrin N. V. Crustaceans in hypersaline waters: specifics of existence and adaptations. In: Actualynye problemy izucheniya rakoobraznykh kontinentalnykh vod: lektsii i doklady. Mezhdunar. shkoly-konferentsii. (Borok, 5–8 Nov., 2012). Kostroma: Kostromskoj pechatnyi dom, 2012, pp. 316–318. (in Russ.)].

17. Шадрин Н. В. Альтернативные устойчивые состояния озерных экосистем и критические солености: есть ли жесткая связь? // Труды зоологического института РАН. 2013. Прил. 3. С. 214–221. [Shadrin N. V. Alternative stable states of lake ecosystems and critical salinities: is there a rigid connection? Proceedings of the Zoological Institute, RAS, 2013, suppl. 3, pp. 214–221. (in Russ.)].

18. Шадрин Н. В., Миходюк О. С., Найданова О. Г., Волошко Л. Н., Герасименко Л. М. Донные цианобактерии гиперсоленых озер Крыма // Микроводоросли Черного моря: проблемы сохранения биоразнообразия и биотехнологического использования. Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2008. С. 100–112. [Shadrin N. V., Mikhodyuk O, S., Naidanova O. G., Voloshko L. N., Gerasimenko L. M. Botton cyanobacteria of the Crimean hypersaline lakes. In: The Black Sea microalgae: problems of biodiversity preservation and biotechnological usage. Sevastopol: EKOSI-Gidrofizika, 2008, pp. 100–112. (in Russ.)].

19. Шадрина С. Н., Волошко Л. Н., Шадрин Н. В. Потенциально токсичные цианобактерии в гиперсоленых водоемах Крыма // Морской экологический журнал. 2010. Т. 9, № 2. С. 22. [Shadrina S. N., Voloshko L. N., Shadrin N. V. Potentially toxic cyanobacteria in the hypersaline waterbodies of the Crimea. Morskoj ekologicheskij zhurnal, 2010, vol. 9, № 2, pp. 22. (in Russ.)].

20. Anufriieva E. Copepods in hypersaline waters worldwide: diversity, environmental, social, and economic roles. Acta Geologica Sinica (English Edition), 2014, vol. 88 (s1), pp. 43–45.

21. Ben-Amotz A., Sussman I., Avron M. Glycerol production by Dunaliella. Experientia, 1982, vol. 38, pp. 49–52.

22. Chen H., Jiang J. G. Osmotic responses of Dunaliella to the changes of salinity. Journal of Cellular Physiology, 2009, vol. 219, pp. 251–258.

23. Grant W. D. Life at low water activity. Philosophical transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological sciences, 2004, vol. 359, pp. 1249–1267.

24. Ivanova M. B. Quantitative estimation of zooplankton contribution to the processes of mud formation in hypersaline lakes in the Crimea. Russian Journal of Aquatic Ecology, 1994, vol. 3, pp. 63–74.

25. Oren A. Halophilic microorganisms and their environments. Dordrecht: Kluwer Sci. Publ., 2002, 575 p.

26. Oren A. Microbial metabolism: importance for environmental biotechnology. In: Environmental biotechnology. USA: Humana Press, 2010, pp. 193–255.

27. Oren A. Thermodynamic limits to microbial life at high salt concentrations. Environmental Microbiology, 2011, vol. 13, pp. 1908–1923.

28. Pierce S. K., Edwards S. C., Mazzocchi P. H., Klingler L. J., Warren M. K. Proline betaine: a unique osmolyte in an extremely euryhaline osmoconformer. The Biological Bulletin, 1984, vol. 167, pp. 495–500.

29. Renaud S. M., Parry DL., Thinh L. V. Microalgae for use in tropical aquaculture 1: Gross chemical and fatty acid composition of twelve species of microalgae from the Northern Territory, Australia, Journal of Applied Phycology, 1994, vol. 6, pp. 337–345.

30. Shadrin N. V. Hypersaline lakes as the polyextreme habitats for life. In: Introduction to salt lakes sciences. Beijing: Science Press, 2017, pp. 173–178.

31. Shadrin N. V. Peculiarities of structure, functioning and dynamics of the salt lake ecosystems. In: Introduction to salt lakes sciences. Beijing: Science Press, 2017, pp. 179–186.

32. Shadrin N. V., Anufriieva E. V. Dependence of Arctodiaptomus salinus (Calanoida, Copepoda) halotolerance on exoosmolytes: new data and a hypothesis. Journal of Mediterranean Ecology, 2013, vol. 12, pp. 21–26.

33. Shadrin N., Zheng M., Oren A. Past, present and future of saline lakes: research for global sustainable development. Chinese Journal of Oceanology and Limnology, 2015, vol. 33, № 6, pp. 1349–1353.