Организмы с маленькими геномами и клетками процветают в горячих почвах
В условиях глобального потепления возникает вопрос: какие формы жизни выживут и будут процветать? Если судить по почвам, нагреваемым подземным пожаром в угольных пластах возле Сентралии (Пенсильвания, США), то в будущем преимущество могут получить организмы с меньшими размерами геномов и клеток.
Результаты нового исследования Университета штата Мичиган, опубликованные в текущем номере журнала Nature Microbiology, впервые демонстрируют наличие таких микробов в полевых условиях. Исследование ясно показывает, что для почвенных микробиомов высокие температуры приводят к уменьшению среднего размера геномов, а также к уменьшению размера клеток, сообщила ведущий автор работы, микробиолог Эшли Шейд. Эти черты характерны не для одного-двух видов, а для большинства популяций, обитающих в прогретой почве.
«Это не эволюционное исследование; мы наблюдаем организмы, которые уже обладают этими признаками и оказываются конкурентоспособными в горячей среде», — пояснила Шейд. Популяции, живущие поблизости в зонах с более низкой, фоновой температурой, отличаются от организмов в термальных областях. Интересно, что размеры геномов этих крошечных организмов напоминают таковые у микробов из совершенно другого региона мира — арктической вечной мерзлоты.
«При сравнении с другими почвами мы обнаружили, что средние размеры геномов в горячих почвах наиболее похожи на размеры в древней вечной мерзлоте», — отметила Шейд. Рабочая гипотеза учёных заключается в том, что эти термоустойчивые клетки не подвергались активной редукции генома, а просто никогда не испытывали его существенного расширения, будучи менее производными от предкового состояния.
Подземный пожар в Сентралии продолжается с 1962 года. Исследователи сосредоточились на микробах, обитающих вдоль градиента температуры — от нормальной до термальной. Обнаруженные термофильные микробы, по-видимому, не эволюционировали из соседних популяций, предпочитающих умеренные температуры. Также маловероятно, что они были занесены извне, например, ветром. Это делает спящие микробы, просто ожидающие оптимальных условий для пробуждения, основным вероятным источником их происхождения.
«Сентралия — это природная лаборатория, где мы можем наблюдать, как на организмы обрушивается "удар кувалдой"», — сказала Шейд. Экстремальные условия привели к полной смене сообщества в сторону организмов с малыми геномами в пределах одной и той же почвенной среды. Это заставляет исследователей задаться вопросами: каковы минимальные требования к клетке и геному? Какие ещё спящие микробы в почве, воде или нашем кишечнике ждут своего пробуждения и идентификации?