«Глубинная биосфера» формируется растворенным органическим материалом с поверхности Земли

Исследовательская группа под руководством Елены Остерхольц из Института исследований Балтийского моря имени Лейбница сообщила в журнале Nature Communications, что обнаружила возможные пути, с помощью которых микробные сообщества в бедной питательными веществами «глубинной биосфере» обеспечивают выживание. В разных глубоких подземных водах изучали растворенное органическое вещество (DOM). Результаты показывают, что в самых верхних слоях коренных пород большая часть лабильного вещества преобразуется. Ниже доминируют процессы смешения. Оставшееся рефрактерное DOM приводит к отбору основного микробиома, который может питаться этой трудноусвояемой пищей.

Эта глубинная биосфера содержит около четверти всей глобальной микробной биомассы и является важным компонентом углеродного бюджета Земли. Через глубокие грунтовые воды она контактирует с широким спектром DOM, который теоретически представляет собой основной источник пищи для микроорганизмов. Однако роль состава и биодоступности этих веществ в питании глубокой континентальной биосферы, где условия враждебны из-за дефицита питательных веществ и энергии, изучена плохо.

Немецко-шведская команда получила пробы воды из разных глубин в туннельной системе Äspö Hard Rock Laboratory на побережье Швеции, которая обеспечивает доступ к подземным водам глубоких недр Скандинавского щита. Учёные отобрали пробы грунтовых вод, на которые влияли либо осадки, либо солоноватая вода современного Балтийского моря, либо солёная вода древнего моря-предшественника.

Их гипотеза заключалась в том, что микробные сообщества в глубоких разломах питаются с поверхности Земли — за счёт DOM. Чтобы проверить это, команда сравнила концентрацию и молекулярный состав DOM, уровни стабильных и радиогенных изотопов углерода и воды, химический состав воды и структуру микробного сообщества в образцах трещинных вод разной глубины, возраста и происхождения.

«Применяя разнообразные методы исследования, мы смогли показать, что DOM во всех образцах — от недавних, подверженных влиянию Балтийского моря, до древних солёных трещинных вод Фенноскандинавского щита, хранившихся в коренных породах более 100 000 лет — имеет сильный терригенный сигнал, — объясняет морской химик Елена Остерхольц. — Но также поразительно, что основной микробиом обнаруживается всегда, несмотря на совершенно разную химию грунтовых вод».

Авторы объясняют это открытие тем, что на пути от поверхности к грунтовым водам легко разлагаемые углеродные соединения в DOM разрушаются, остаётся рефрактерное органическое вещество. Это доминирующее поступление относительно трудноусвояемого органического вещества, в свою очередь, вызвало избирательное формирование основного микробиома.

«Что касается важности DOM в снабжении питательными веществами водных систем, мы только царапаем поверхность, — говорит Елена Остерхольц. — В глубокой биосфере под Швецией мы смогли показать, что многометодный подход даёт новые знания. Лучше всего это делать в рамках таких захватывающих коллабораций, как эта, где микробиологи, геологи и химики объединили свой опыт».