Бактерии в арктическом морском дне активны круглый год
Несмотря на выраженную сезонность среды обитания, бактериальное сообщество в арктических донных отложениях таксономически и функционально очень стабильно.
Исследователи из Бремена (Германия) изучили состав и функцию бактерий в морском дне у Шпицбергена в периоды полярной ночи и полярного дня. Для этого они специально разработали устройство для отбора проб — пробоотборник Элльротта. В отличие от сообществ бактерий в толще воды, донные бактерии почти не меняются в зависимости от сезона. Вероятно, это связано с тем, что в морском дне круглый год доступна трудноразлагаемая пища.
Ферменты меняются больше, чем бактерии
Сообщество бактерий в морском дне ведет себя не так, как можно было бы ожидать, учитывая условия среды. «Хотя поступление органического материала и скорость его переработки сильно колеблются в течение года, состав бактериального сообщества на первый взгляд почти не меняется», — сообщает руководитель исследования Катрин Книттель.
Чтобы лучше понять это неожиданное поведение, исследователи изучили функциональное разнообразие бактерий. Анализ показал, что, хотя состав бактериального сообщества почти не отличается между сезонами, экспрессия генов углевод-разрушающих ферментов меняется между зимой и весной.
- Зимой преобладают ферменты, расщепляющие α-глюканы (например, гликоген) — внутриклеточные запасы гетеротрофных бактерий, животных и грибов.
- Весной становится больше ферментов, расщепляющих β-глюканы, такие как компонент водорослей ламинарин.
«Эти ферменты отражают, какие компоненты водорослей — в частности, сахара — доступны бактериям в разные сезоны», — объясняет Книттель.
Бактерии в морском дне могут утилизировать свежий материал (например, ламинарин), который опускается из толщи воды весной и летом. Однако они также могут потреблять материал, уже присутствующий в донных отложениях, например, муцин или хитин. На этих источниках бактерии «перекусывают» круглый год. Их долгосрочная доступность стабилизирует бактериальное сообщество в морском дне.
«Когда бактерии потребляют сахара водорослей, они выделяют диоксид углерода (CO2), а это очень важный парниковый газ», — отмечает Книттель.
Маленький, легкий, практичный: пробоотборник Элльротта
Изучение бактерий в донных отложениях Шпицбергена было методологически сложной задачей. «Очень трудно получить нетронутые образцы морского дна и поровой воды между песчинками», — объясняет аспирантка Ширен Монкада.
Поэтому команда разработала собственное устройство — пробоотборник Элльротта. Это устройство позволяет брать образцы песчаных отложений, не нарушая их структуры. Пробоотборник достаточно мал и легок для использования на небольших исследовательских судах.
«На сегодняшний день мы уже собрали более 100 образцов донных отложений из Ваттового моря и фьордов Шпицбергена с помощью пробоотборника Элльротта — и планируем собрать еще больше», — говорит Монкада.
Результаты исследования представлены в журнале The ISME Journal, а описание пробоотборника — в Limnology and Oceanography: Methods.