: 28.07.2022

Микробная «темная материя» вулканических пещер Гавайев

На нашей планете есть немало мест, хранящих память об условиях обитания на древней Земле: гиперсоленые лагуны, содовые озера, горячие источники… Все они и сейчас полны разнообразной бактериальной жизни. К таким экстремальным обитаниям можно отнести и геологические структуры, формирующиеся в результате вулканических извержений.

Когда расплавленная лава остывает, ее поверхность покрывается коркой, под которой лава еще какое-то время продолжает течь. В результате образуются лавовые тоннели и пещеры, а также отверстия, выходящие на поверхность, – фумаролы, источники горячих газов. Впоследствии внутри этих образований поддерживается более постоянная температура и влажность, чем на поверхности.

В этих экстремальных условиях, при дефиците питательных веществ и солнечного света, выживают устойчивые микробные сообщества. При этом одни из членов этих консорциумов могут быть экологически более значимыми, играя критически важную роль «узлов» («хабов») в межбактериальных взаимодействиях.

Сейчас ученые из США изучили бактериальную РНК, полученную из 70 образцов, собранных в лавовых тоннелях, геотермальных пещерах и фумаролах на Гавайских островах. На основе этих данных они оценили разнообразие и численность разных таксонов бактерий, а методы биоинформатики позволили определить и некоторые особенности их взаимодействий.

Одни из вулканических образований были «молодыми» (возрастом 65–400 лет) и часто геотермально активными, другие – «старыми» (500–800 лет). Как и предполагали исследователи, в более старых обнаружилось большее разнообразие микробов, по-видимому, за счет большей стабильности условий и большей доступности питательных веществ в результате биологического выветривания породы.

Однако взаимоотношения внутри сообществ с более низким разнообразием оказалось более сложными, чем в местах с высоким разнообразием. Возможно, экстремальные условия способствуют тому, что микроорганизмам приходится больше полагаться друг на друга?

Интересно, что виды микроорганизмов, играющих роль «хабов», не были самыми многочисленными ни в активных геотермальных участках, ни в старых лавовых трубках. Одним из «хабов», тесно связанных с другими видами сообществ, оказались бактерии Chloroflexi – разнообразная, но плохо изученная группа. Предположительно, они работают как фотоавтотрофы, т.е. используют для синтеза органических веществ энергию солнечного света в процессе фотосинтеза. Таким образом они исполняют в сообществе роль «растений» в условиях низкой освещенности.

Идентифицировать этих бактерий на основе анализа РНК до известных видов, родов и даже семейств пока не удалось. Такие неопознанные микроорганизмы иногда называют микробной «темной материей».

Результаты этой работы, во-первых, показывают, важность изучения бактерий не в виде отдельных изолятов, а в составе сообщества, где они взаимодействуют друг с другом с помощью испускаемых им химических сигналов, которые могут менять активность генов и придавать всему сообществу в целом новые свойства.

Во-вторых, геологические лавовые структуры на Гавайях схожи с такими системами на Марсе, где некогда были действующие вулканы, а марсианский «стиль вулканизма», вероятно, был аналогичен гавайскому. Поэтому изучение гавайских вулканических сообществ микробов может дать представление о возможности жизни на древнем Марсе и о том, могут ли земные микробы выжить на Марсе в случае их заноса с Земли.

Наконец, изучение таких бактерий важно и в утилитарном смысле, так как они превращают вулканическую породу (базальт) в почву, высвобождая питательные вещества. Подобные микробные консорциумы также могут найти себе место в биоремедиации (очистке вод, грунтов и атмосферы с использованием биологических объектов) или в биотехнологии, например, для извлечения редкоземельных элементов как на Земле, так и, в будущем, на ближайших астероидах.

Фото: https://www.flickr.com, https://www.flickr.com

: 28.07.2022