Некоторые микробы морского дна выносят жару: вот что они едят

В глубинах мирового океана холодно; большая часть морского дна имеет температуру около 4°C. Но не дно бассейна Гуаймас в Калифорнийском заливе. Здесь тектонические плиты расходятся, и тепло из недр Земли может подниматься так высоко, что "прогревает" обширные области донных осадков, превращая погребенное органическое вещество в метан и другие богатые энергией соединения.

Какие организмы процветают в этой океанической горячей точке? В двух новых исследованиях ассистент-ученый MBL Эмиль Рафф и его коллеги показывают, что различные регионы внутри бассейна населены специально адаптированными микроорганизмами; открывают новых микробных обитателей этого глубоководного сообщества; и предполагают, как это сообщество может существенно влиять на круговорот углерода в горячих донных осадках. Прямо на границе морского дна, где геотермальное тепло встречается с холодной глубинной океанской водой, осадки часто имеют комфортные 30–60 °C — идеальные температуры для теплолюбивых микробов (термофилов). Эти экзотические любители тепла могут использовать метан в качестве источника энергии и процветать в условиях, настолько отличающихся от большинства других экосистем Земли, что они вполне могли бы существовать на другой планете. "Поедатели" метана и другие организмы, использующие химическую энергию гидротермальных флюидов, являются основой пищевой сети, без которой экосистема была бы невозможна. В первом исследовании Теске и др. показывают, что эти микробы специально адаптированы к различным термическим и геохимическим режимам внутри бассейна.

Микробные сообщества в этих гидротермальных осадках очень разнообразны, но лишь немногие организмы могут использовать метан в качестве источника энергии. Так чем же занимаются все остальные? Большая часть — или большинство — микробного разнообразия, по-видимому, состоит из организмов, которые — как и люди — могут использовать для энергии только восстановленные органические соединения (такие как сахара, белки и жирные кислоты). Эти организмы, называемые гетеротрофами, должны каким-то образом существовать за счет биомассы, которая "оседает" с поверхности океана или производится "поедателями" метана и другими первичными продуцентами.

Давний вопрос: какие соединения используют эти гетеротрофы для жизни и почему так много разных видов могут жить бок о бок, не вытесняя друг друга? Во втором исследовании Шерлиннетт Перес Кастро, постдокторант в лаборатории Раффа в MBL, и ее коллеги показывают, что определенные термофилы специализируются на разложении "обломков", которые высвобождаются в окружающую среду при гибели других клеток: органических полимеров и макромолекул.

Каждая клетка, будь то микробная или человеческая, в основном состоит из четырех типов макромолекул: белков, нуклеиновых кислот (ДНК, РНК), липидов (жирных кислот) и полисахаридов (сахаров). Исследователи использовали каждое из этих четырех соединений поочередно в качестве единственного источника энергии и углерода, чтобы вырастить и идентифицировать тех глубоководных организмов, которые могут жить за счет соответствующего соединения.

Они обнаружили, что все организмы, которых им удалось культивировать в лабораторных экспериментах, принадлежали к ранее некультивируемым микробным видам. Эксперименты также показали, что каждый полимер служил пищей для целой пищевой сети организмов, что объясняет, как одна молекула может поддерживать "зоопарк" организмов, и предполагает причину высокого разнообразия сосуществующих гетеротрофов. К их удивлению, ни одна из 48 различных культур не производила метан — обычный конечный продукт гетеротрофных организмов. Это может означать, что метан, выделяемый на морском дне, полностью удаляется из экосистемы микробными сообществами, что имеет последствия для глубоководного углеродного цикла, которые еще предстоит изучить.