Обнаружены микробы, более редкие, чем билет на Луну

Вероятность увидеть микроб Legendrea loyezae в микроскоп меньше, чем отправиться в путешествие на Луну. Программа NASA "Аполлон" отправила на Луну в общей сложности 24 человека с 1968 по 1972 год. С момента его открытия в 1908 году до нашего недавно опубликованного исследования Legendrea loyezae находили всего четыре человека (включая нас).

В нашем недавнем исследовании было обнаружено 20 новых видов микробов, а также 100 редких. Каждый найденный образец ДНК — это ещё один фрагмент эволюционной головоломки. Учёные могут использовать этот пазл, чтобы понять, как работает организм. Например, некоторые гены указывают на то, как существо дышит, или определяют его место на древе жизни.

Причина, по которой так мало учёных видели этих микробов, — серьёзная проблема недостаточной выборки. Большинство исследовательских групп берут образцы лишь из нескольких или даже одного места. Наше последнее двухлетнее исследование включало сбор и изучение более 1000 образцов из озёр и прудов Варшавы (Польша), морских отложений Северного моря, Средиземного моря у побережья Италии и Португалии, а также меловых ручьёв в Дорсете (Великобритания). Это окупилось: мы нашли более 500 видов, включая редкие и новые.

Микробиология — это история человечества

Первая жизнь на Земле появилась в воде в виде существ, слишком маленьких для человеческого глаза, и оставалась такой миллиарды лет. Микробы живут повсюду — от луж до океанов. Некоторые из этих микроскопических организмов эволюционировали в более сложные существа, в конечном итоге породив всю видимую жизнь вокруг нас. Другие почти не изменились и сохранили свои крошечные размеры.

Микроорганизмы были первыми хищниками на Земле, и их жадный аппетит стимулировал эволюцию более сложной жизни в раннюю эпоху истории Земли. После эволюции сложной жизни микробы стали основным источником пищи для других существ, таких как криль и планктон, которые, в свою очередь, являются пищей для более крупных видов. Если организмы в самом низу пищевой цепи исчезнут, все остальные её звенья рухнут.

Если сжать 4,5-миллиардную историю Земли в один год, жизнь оставалась бы в микроскопическом масштабе до конца октября. Люди появились бы за последние 30 минут года, а о существовании микробов мы узнали бы менее чем за три секунды до Нового года.

На Древе жизни видно, что большая часть жизни на Земле по-прежнему имеет микроскопические размеры: животные, растения и грибы ограничены небольшой группой ветвей внутри домена эукариот. В отличие от двух других доменов — архей и бактерий — эукариоты хранят свою ДНК в клеточном ядре.

Микроскопическая редкость

Legendrea loyezae относится к ветви инфузорий в домене эукариот. Кислород смертелен для Legendrea loyezae, и у неё есть щупальца, которые растягиваются и сокращаются, чтобы ловить добычу. Учёные открыли тысячи видов инфузорий.

Инфузории живут в водной среде, тонких водных плёнках в почвах и даже в местах, где нет кислорода. Хотя их жизнь зависит от воды, они могут образовывать защитные структуры, чтобы оставаться в состоянии покоя, пока снова не намокнут. Они состоят всего из одной клетки и при этом удивительно разнообразны. У инфузорий интересные стратегии охоты: некоторые виды специализируются на поедании нитей цианобактерий, которые они всасывают, как спагетти. Они могут плавать. Другие ведут сидячий образ жизни, например, Vorticella, которая прикрепляется к погружённым поверхностям с помощью стебелька.

Некоторые виды инфузорий образуют постоянные физические связи с другими группами организмов — симбиоз. Например, они могут содержать внутри себя зелёные водоросли, чтобы питаться сахаром, который те производят в процессе фотосинтеза. Взамен они защищают водоросли от более крупных поедателей водорослей и вирусов.

Некоторые виды инфузорий живут в густонаселённых сообществах, особенно в хорошо насыщенных кислородом средах. Но другие обитают в таких малых количествах, что найти их — всё равно что искать тысячу иголок в стоге сена размером с Эверест.

Наша цель — найти как можно больше этих редких и необычных видов. Мы используем знания об экологии видов как подсказки. Если мы знаем, что микроб предпочитает жить в тёмных, бескислородных местообитаниях, мы не ищем его на поверхности воды, где много кислорода и света. Чтобы найти четырех Legendrea loyezae, потребовались тысячи часов наблюдений в микроскоп, не говоря уже о затратах на физиотерапию из-за боли в шее и спине.

Почему микробы важны

Легко чувствовать себя оторванным от невидимых микробов. Большинство из нас никогда не увидит их достаточно увеличенными. Но изучение микробов способствовало некоторым из самых важных научных открытий в истории. Микробы могут нести смерть, вызывая болезни животных и растений, или создавать массивные цветения в море, которые уничтожают аквакультурные фермы.

Но мы не смогли бы жить без них. Микробы отвечают за выживание наших экосистем и их восстановление после таких повреждений, как загрязнение или изменение климата. Мы не можем выращивать пищу без микроорганизмов. Они очищают наши сточные воды. Некоторые могут производить антибиотики и другие лекарства, другие участвуют в производстве продуктов питания.

Таким образом, исследование микробного мира стоит этой боли в спине.