Бактерии Арктики демонстрируют долгую эволюцию устойчивости к токсичной ртути

Новое исследование проследило эволюционные линии устойчивости арктических бактерий к токсичной ртути, показав, что эта адаптация имеет древнее происхождение. Учёные обнаружили, что до 31% бактерий, собранных в различных локациях Арктики и выращенных в лабораторных культурах, содержат ген merA, кодирующий фермент, способный превращать токсичную ртуть в менее вредную форму. Это критически важный признак для выживания, поскольку антропогенные выбросы добавляются к природным источникам, и ежегодно в Арктике оказывается более 300 тонн этого загрязнителя.

Исследование показало, что ген merA присутствует в образцах арктических бактерий как в недавних, так и в древних эволюционных линиях. Это указывает на то, что загрязнение Арктики ртутью — не новое явление, а её перенос в высокие широты атмосферой является естественным процессом, предшествовавшим промышленной революции. Устойчивость, обеспечиваемая merA, работает путём восстановления Hg(II) до Hg(0) — элементарной формы ртути, которая может испаряться в атмосферу, детоксифицируя непосредственное окружение бактерий.

«Это говорит о том, что merA присутствует в высокой Арктике в течение длительного периода времени, и что загрязнение Арктики ртутью не является новым явлением, — сказал Нильс Крор, микробиолог из Орхусского университета. — Другими словами, перенос ртути в высокую Арктику атмосферой — это естественный процесс, существовавший до промышленной революции». Его команда ранее оценила, что устойчивые к ртути бактерии помогают удалить от 2 до 10% ртути из арктического снега.

В ходе работы, описанной в журнале FEMS Microbiology Ecology, учёные собрали образцы снега, пресной воды и рассола морского льда на станции Норд в Гренландии. Генетическое тестирование 71 устойчивого к ртути бактериального образца выявило семь различных вариантов гена merA, включая три новых, ранее неизвестных. Однако самым большим сюрпризом стало обнаружение генов merA лишь у 5 из 18 образцов бактерий, показавших способность восстанавливать Hg(II) до Hg(0), что указывает на существование ещё большего количества неизвестных вариантов этого гена в Арктике.

Распространение генов merA среди арктических бактерий, вероятно, отражает комбинацию горизонтального переноса генов (обмена плазмидами), локального естественного отбора и консервации определённых последовательностей ДНК на протяжении миллионов лет эволюции. Исследование также выявило широкий разброс устойчивости в разных арктических суб-средах: в то время как в пресноводном озере и рассоле морского льда устойчивыми были менее 2% бактерий, в образцах снега таковых оказалась почти треть.

Это исследование — лишь небольшой шаг к пониманию распространения генов merA среди арктических микробов. Полученные знания могут помочь лучше понять процессы накопления ртути в таких формах жизни, как тюлени и белые медведи. В более широком смысле, изучение эволюции генов, помогающих организмам адаптироваться к суровым условиям, важно для понимания возможности выживания жизни во Вселенной, что отражено в частичном финансировании данного исследования программой NASA Exobiology and Evolutionary Biology Program.