Модельное микробное сообщество для изучения расширяющихся мертвых зон охарактеризовано
Среди многих изменений в океане — расширение кислорододефицитных зон или зон кислородного минимума (ЗКМ), также известных как мертвые зоны. Они влияют на процессы захвата и захоронения углерода на морском дне и изменяют микробную активность, воздействующую на скорость и масштабы океанического секвестрации углерода. Несмотря на важность этих эффектов, о метаболизме микробов ЗКМ и их реакции на изменения окружающей среды известно очень мало.
В выпуске журнала Science от 23 октября исследователи из Университета Британской Колумбии и Объединенного института генома Министерства энергетики США (DOE JGI) описывают метагеном обильного, но некультивируемого микроорганизма, известного как SUP05, который незаметно помогает формировать экологию ЗКМ по всему миру. Ученые изучали микроб в заливе Саанич — фьорде на побережье острова Ванкувер (Канада). Фьорд подвержен сезонному циклу стратификации и обновления глубинных вод, что создает резкие градиенты в водной толще и делает его идеальной «живой лабораторией» для изучения микробных сообществ, адаптированных к жизни в условиях низкого содержания кислорода. Для картирования метагенома SUP05 генетический материал был получен непосредственно из образцов окружающей среды, охватывающих все микробное сообщество залива на разных стадиях стратификации водной толщи.
«К нашему удивлению, самым распространенным организмом в обедненных кислородом водах оказался этот микроб SUP05, — сказал старший автор статьи Стивен Халлам, доцент Университета Британской Колумбии. — Мы получили достаточно данных секвенирования ДНК от сообщества микробов, чтобы собрать непрерывный участок, представляющий то, что мы называем метагеномом SUP05 — это композит всей популяции SUP05, охватывающий различные исследованные нами образцы окружающей среды».
Сюзанна Триндж, специалист по метагеномике в DOE JGI, отметила, что ЗКМ являются стоком для необходимого морским организмам питательного вещества — азота — и источником парниковых газов метана и закиси азота. «Изучая геномы некультивируемых микробов, обнаруженных в ЗКМ, мы можем лучше понять, как они участвуют в глобальных геохимических циклах, таких как циклы углерода и азота», — сказала она.
Халлам описал SUP05 как парадоксальный организм. «На основе геномного анализа и полевых наблюдений он предоставляет важные экосистемные услуги, но также производит побочные продукты, которые могут иметь негативные последствия для изменения климата. В частности, SUP05 удаляет токсичные сульфиды из воды и фиксирует диоксид углерода, но мы также полагаем, что он производит закись азота — более мощный парниковый газ, чем CO₂ или CH₄», — пояснил он.
Исследователи обнаружили, что SUP05 тесно связан с серопотребляющими симбионтами жабр глубоководных моллюсков, но, в отличие от них, использует в своем энергетическом метаболизме нитрат, а не кислород. Сравнительный анализ геномов также показал, что 35% генома SUP05 уникальны и участвуют в адаптации бактерий к изменяющимся условиям окружающей среды.
«Поскольку ареал обитания расширяется из-за глобального потепления, цветущие популяции SUP05 потенциально могут помочь компенсировать рост уровня CO₂, который в конечном итоге приводит к закислению океана, — сказал Халлам. — SUP05 и его родственники станут все более важными агентами по мере расширения и усиления ЗКМ, предоставляя исследователям биологический индикатор, полезный для мониторинга меняющегося состояния глобального океана».