Growth of Purple Sulfur Bacterium Thiocapsa sp. Shira_1 at Low Temperatures Characteristic of the Chemocline of Lake Shira

Abstract

Forecasting the abundance of phototrophic sulfur bacteria in lakes is very important because 1) these bacteria are major consumers of hydrogen sulfide, and 2) fossil carotenoids of these bacteria are retrospective biomarkers of limnological conditions. Therefore, understanding the factors controlling the dynamics of the abundance of phototrophic sulfur bacteria in a lake is necessary both for the prediction of hydrogen sulfide content and for paleo-limnological reconstruction. Based on long-term monitoring of the abundance of purple sulfur bacteria (PSB) in the saline meromictic Lake Shira (South Siberia, Khakassia), we proposed a hypothesis that relatively small changes in water temperature in the cold deep chemocline affect the PSB abundance in the lake. We tested this hypothesis experimentally. The purple sulfur bacterium Thiocapsa sp. Shira_1 (Chromatiaceae) from Lake Shira (South Siberia, Russia) was grown on a sulfide-containing synthetic medium under anoxic conditions in batch culture at low temperatures, from -1ºC to +8ºC, which were similar to in situ temperatures observed in the chemocline of Lake Shira. The cell growth rate at +8ºC was similar to the growth rate at room temperature, whereas there was no growth at -1ºC and +5ºC. Therefore, the variations in the biomass of purple sulfur bacteria (PSB) observed in Lake Shira could be caused by variations in chemocline temperature. The high correlation between chemocline temperature and PSB biomass supported this conclusion

Прогноз динамики численности фототрофных серных бактерий в природных стратифицированных водоемах признан важной задачей. Во-первых, данная группа бактерий – основной потребитель сероводорода, который является токсическим и бальнеологическим компонентом. Во-вторых, каротиноиды фототрофных серных бактерий, захороненные в донных отложениях, используются в качестве биомаркеров прошлых состояний озера. Таким образом, знание факторов, контролирующих активность фототрофных серных бактерий, необходимо как для прогноза концентрации сероводорода, так и для палеоклиматических реконструкций. На основе многолетних наблюдений за динамикой численности пурпурных серных бактерий (ПСБ) в соленом меромиктическом озере Шира (юг Сибири, Хакасия) нами была выдвинута гипотеза о том, что небольшие вариации температуры воды в холодном и глубоком хемоклине озера влияют на численность ПСБ. Для проверки этой гипотезы нами исследован рост штамма пурпурных серных бактерий Thiocapsa sp. Shira_1 из меромиктического соленого озера Шира в периодической культуре при температурах от минус 1 до 8 °С, характерных для зоны хемоклина данного озера. Бактерий выращивали при постоянном освещении в анаэробных условиях на синтетической среде с добавлением сероводорода. Показано, что рост данного штамма при 8 °С не отличался от такового при комнатной температуре, тогда как при температурах минус 1 и 5 °С достоверный рост отсутствовал. Результаты эксперимента свидетельствуют, что повышение температуры в зоне хемоклина озера до 8 °С является фактором, способствующим увеличению численности популяции этих бактерий в озере, что согласуется с многолетними наблюдениями