Микробы захватывают, хранят и высвобождают азот для питания кораллов-рифостроителей

Микроскопические водоросли, живущие внутри кораллов, образующих рифы, поглощают доступный азот, хранят его избыток в кристаллической форме и медленно передают кораллу по мере необходимости. К такому выводу пришло исследование, опубликованное в журнале mBio. Учёные давно знали, что эти симбиотические микроорганизмы снабжают азотом своих коралловых хозяев, но новая работа раскрывает динамику процесса и показывает, что водоросли способны запасать избыточный азот. Эта способность может помогать кораллам выживать в условиях хронического дефицита азота.

"Было большим сюрпризом обнаружить богатые азотом кристаллы внутри водорослей", — говорит ведущий автор работы Андерс Мейбом из Федеральной политехнической школы Лозанны, Швейцария. Водоросли впитывают аммоний и нитрат, как губка, когда концентрация этих молекул повышается, а затем хранят этот азот в виде кристаллов мочевой кислоты для последующего использования.

Исследователи изучали вид Pocillopora damicornis. Как и все рифообразующие кораллы, он представляет собой симбиоз двух организмов: коралл обеспечивает защиту фотосинтезирующим водорослям динофлагеллятам, которые, в свою очередь, поставляют хозяину сахара и азот. Чтобы понять, как избыток питательных веществ может влиять на этот баланс, учёные подвергли фрагменты кораллов воздействию различных концентраций меченых изотопами азотных соединений. Используя метод нано-масштабной масс-спектрометрии вторичных ионов (NanoSIMS), они проследили путь азота.

Когда азот поступал в форме аммония, нитрата или аспарагиновой кислоты, динофлагелляты быстро запасали его в виде кристаллов мочевой кислоты внутри своих клеток. Примерно через шесть часов после воздействия микробы начинали передавать азотные соединения кораллу-хозяину, где азот использовался в специфических клеточных компартментах по всему поверхностному слою.

"Это даёт симбиозу коралла и водорослей очень эффективный способ справляться с сильными колебаниями доступности азота", — поясняет Мейбом. Когда уровень азота внезапно становится высоким, водоросли могут поглощать большие его количества за несколько часов, запасать в кристаллах и затем высвобождать этот азот для метаболизма и роста, когда уровень снова нормализуется.