Understanding the problems of inland waters: case study

Sample derivatization 
In laboratory, weight samples of sponges  were placed into glass tubes with anhydrous 
methanol containing 2 M HCl. The tubes were filled with argon, then securely closed, and 
heated for 2 h 90
  o
C for complete methanolysis (Meier et al., 2006). After cooling to room 
temperature, the tubes were opened and the methanol was evaporated under a stream of 
nitrogen, and distilled water was added to reduce the solubility of the FA methyl esters 
formed, which subsequently were extracted with hexane. 
Fatty acid analysis 
Fatty acid analysis was performed using an Agilent 6890 gas chromatograph equipped with a 
mass-selective detector 5973 N, HP-5MS column with a thickness of 0.2 μm and helium as the 
mobile phase.The oven was programmed as follows: 90 °C for 4 min, 30 °C min
−1
 up to 165 °C, 
then 3 °C min
−1 
up to 225 °C, and kept isothermal at this final temperature for 10.5 min before 
cooling for the next run. 
The chromatographic peaks of the methyl ester derivatives were identified by retention time 
and mass spectra (NIST 14.0). A standard mixture of 37 FAMEs (Supelco 37 component FAME 
Mix, USA) and 26 bacterial acid methyl esters (Bacterial Acid Methyl Esters CP Mix (Supelco, 
USA)) was chromatographed for each tenth sample.  
 
Results  
B. bacillifera is an endemic large-sized mushroom-shaped sponge that is widespread in Lake 
Baikal. The FA compositions of lipids from studied sponges were compared by using GC with 
mass spectrometry. More than 40 FAs from lipid extract of sponges were identified and main 
fatty acids are listed in the table 1.  
Location 
Barguzin bay  Southern part of Lake Baikal 
Depth, m 
745 
15 
aquarium 
Temperature, 
 о
С 
3.7 
4.5
 
 
10.5 
14:0 
1.93 
2.17 
2.40 
i15 
1.92 
0.38 
0.33 
16:0 
4.12 
7.05 
12.00 
i17 
1.60 
0.11 
0.60 
a17 
1.42 
1.14 
1.45 
17:0 
1.39 
1.53 
1.8 
18:0 
2.41 
1.45 
0.51 
14:1n11 
4.14 
0.13 
0.49 
16:1n7 
0.34 
0.12 
1.13 
16:1n9 
2.94 
1.67 
0.92 
17:1n8 
0.12 
2.2 
5.35 
18:1n9 
18.05 
16.24 
25.5 
18:1n7 
2.60 
1.81 
0.14 
18:1n11 
0.21 
0.13 
0.52 
20:1n9 
2.17 
0.34 
1.23 
24:1n9 
3.18 
3.7 
2.94 
11

---

18:3n3 
8.22 
7.12 
10.3 
18:2n6 
2.72 
2.28 
6.45 
22:6n3 
0.15 
0.22 
0.12 
26:3n3 
18.99 
14.65 
10.11 
Table 1. Contents of main fatty acids in Baicalospongia bacilifera, rel. % 
 
Discussion 
It was revealed that deep water sponges B. bacilifera inhabiting at a depth of 750 m contain 
higher levels of unsaturated FAs. Structural modifications of membrane lipids are 
acknowledged to play a central role in the thermal adaptation of hydrobionts’ tissues, and the 
physical properties of the lipids are largely determined by their FA composition (Hazel 1995). 
To achieve enhanced membrane fluidity hydrobionts can utilize dietderived unsaturated FAs or 
increase the degree of their FA unsaturation by inserting new double bonds into the existing 
acyl chains by using desaturase enzymes (Trueman et al. 2000; Hsieh et al. 2007). As shown 
previously,  В. bacillifera  contains a sufficient amount of eicosapentaenoic acid (Dembitskii, 
1981) and their isomers, whereas the majority of other marine and freshwater sponges 
contain only a small amount of these compounds. In our experiments, this acid was detected 
only in trace amounts. The pool of polyunsaturated acids in B. bacillifera is mainly represented 
by demospongic acid 26:3(5, 9, 19), which contains a characteristic 5,9-diene fragment of the 
carbon chain. The content of this acid is reduced as the temperature increases which indicates 
that the sponge is depressed.  
Acids  18:1n9 and 18:2n6 are the most prominent markers sensitively responding to rise in 
ambient temperature. Linoleic acid actively participates in the functioning of chloroplasts, so it 
can be assumed that the process of photosynthesis in symbiotic algae is sharply intensified as 
the temperature increases. The total content of polyunsaturated fatty acids in the  samples 
decreased by 10.5 rel.% upon a 6°С temperature rise. The relative content of iso- and antheiso- 
branched i15:0, i17:0, ai17:0 acids which are of bacterial origin (Kaneda, 1991) are much higher 
in deep water sponges. Probably, the contribution of symbiotic algae in sponges’ diet at great 
depths at low temperature, high pressure and absolute darkness is insignificant and the 
contribution of symbiotic microorganisms increases. 
The results of this study may be used for further research on biochemical adaptations in 
hydrobionts, including taxa of lower phylogenetic level. Specific features of biosynthesis and 
metabolism under temperature stress in sponges, which often synthesize biologically active 
compounds via nonstandard biosynthetic pathways, may attract the attention of many 
ecologists who study the problems of inland waters.  
 
Acknowledgements 
The  reported  work  was  funded  by  RFBR  according  to  the  research  project  №  18-35-00439 
mol_a. 
 
References 
Dembitskii, V.M., 1981. Fatty acid composition of freshwater sponges of the class Demospongiae from 
Lake Baikal: 2. Genera Swartchewskia and Baicalospongia // Khimiya Prirodnykh Soedineniy, 4, pp. 
12

---