Микроб фиксирует азот при рекордных 92 °C

Термофильный архей, способный фиксировать азот при неожиданно высокой температуре 92 °C, может представлять древнейшие линии организмов, обладавших этой способностью. Его появление, возможно, предшествовало возникновению бактерий, от которых сегодня зависят растения и животные.

Генетический анализ, опубликованный 15 декабря в журнале Science, поддерживает гипотезу, что ген, необходимый для производства нитрогеназы – фермента, преобразующего недоступный для жизни газообразный азот в усвояемую форму (например, аммиак), – возник до расхождения трёх основных ветвей жизни (бактерий, архей и эукариот) около 3.5 миллиардов лет назад. Это противоречит теории о более позднем возникновении системы нитрогеназы у архей и её последующем горизонтальном переносе к бактериям.

Архей, известный как FS406-22, стал первым организмом, обнаруженным у глубоководных гидротермальных источников и способным фиксировать азот. Его собрали на вулкане Аксиал в хребте Хуан-де-Фука у побережья штатов Вашингтон и Орегон. Фиксация азота при 92 °C побила предыдущий рекорд на 28 °C, который принадлежал архею Methanothermococcus thermolithotrophicus.

Способность FS406-22 фиксировать азот при таких экстремальных температурах расширяет представления о пределах обитаемости в поддонной биосфере и других экосистемах с дефицитом азота, включая, возможно, другие планеты. Азот необходим для всей жизни как часть аминокислот и белков, но фиксировать его могут лишь некоторые бактерии и археи. В гидротермальных водах горячее 30 °C практически нет нитратов, поэтому организмы в высокотемпературных зонах недр океана лишены доступного азота.

Работа велась при поддержке Washington Sea Grant и Института астробиологии NASA. За пять лет исследований было проведено около 600 культиваций, и только FS406-22 удалось полностью «отучить» от фиксированного азота. Этот микроорганизм способен расти, используя газообразный азот в качестве единственного источника азота, в диапазоне температур от 58 до 92 °C, с максимальной скоростью роста при 90 °C.

«Мы полагаем, что среди диазотрофных архей нитрогеназа FS406-22, возможно, сохранила наиболее древние черты, унаследованные от нитрогеназы, присутствовавшей у последнего общего предка современной жизни», – заключают авторы исследования.