Микробы-дублеры ждут своего выхода на сцену
В морской микробной экосистеме, по-видимому, существует огромная и разнообразная группа "дублеров", готовых заменить "звездные" виды микробов, когда те ослабевают.
Именно это происходит в гидротермальном поле "Затерянный город", согласно исследованию под руководством Вашингтонского университета, опубликованному на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Гидротермальное поле "Затерянный город" в центральной части Атлантического океана — единственное в своем роде из обнаруженных на сегодня. Оно дает ученым доступ к микроорганизмам, живущим в источниках возрастом от только что сформировавшихся до десятков тысяч лет. Второстепенный вид, найденный в небольших количествах в более молодых и активных источниках, стал доминирующим в источнике возрастом более 1000 лет, где активность гидротерм снизилась и они остыли, изменив экосистему.
По словам Уильяма Бразелтона, это первое доказательство того, что микроорганизмы могут оставаться редкими так долго, прежде чем полностью изменить ситуацию и стать доминирующими при изменении экосистемы. Это кажется логичным, но до недавнего времени ученые не могли обнаружить микроорганизмы в столь низкой численности.
В 2006 году ученые впервые заявили, что микроорганизмы в морской среде были ужасно недооценены по количеству. Используя новейшие методы секвенирования ДНК, они предположили, что морские микроорганизмы могут быть в 10–100 раз более разнообразны, чем считалось ранее. Они ввели термин "редкая биосфера" для описания огромной, но нераспознанной группы микроорганизмов — "редкой", потому что каждый вид присутствовал в очень низком количестве, ранее не обнаруживаемом.
Если новая модель была точна, ученые задавались вопросом: зачем существует такое большое количество низкочисленных организмов?
"Фундаментальное предсказание модели 'редкой биосферы' заключается в том, что при изменении условий среды некоторые из этих редких, предварительно адаптированных таксонов могут быстро использовать новые условия, увеличить численность и вытеснить некогда доминирующие организмы, адаптированные к прошлым условиям", — пишут авторы. Однако до сих пор "ни одно исследование не проверяло это предсказание".
"Затерянный город" был открыт в 2000 году. Его источники формируются иначе, чем известные с 1970-х "черные курильщики". Вода здесь обычно 200°F (~93°C) или меньше, а структуры почти чисто карбонатные. Они образуются в процессе серпентинизации — химической реакции между морской водой и породами мантии. Воды источников сильно щелочные и обогащены метаном и водородом — важными источниками энергии для микробов. Поле также отличается очень долгим сроком жизни.
Анализ Бразелтона и коллег показал, что последовательности ДНК, редкие в молодых источниках, были обильны в старых. Поскольку вероятно, что старые источники "Затерянного города" извергали более горячие и щелочные жидкости в молодости, ученые считают, что по мере изменения экосистемы некоторые редкие микроорганизмы вышли на первый план.
Этот цикл почти исчезновения, а затем доминирования мог повторяться много раз за 30 000 лет жизни поля "Затерянный город". Поэтому присутствующие сегодня микроорганизмы "предварительно адаптированы" к определенным условиям и просто ждут, когда экосистема станет для них наиболее подходящей.
"Редкая биосфера микробного сообщества 'Затерянного города' представляет собой большое хранилище генетической памяти, созданной за долгую историю прошлых изменений окружающей среды", — пишут авторы. "Редкие организмы смогли быстро освоить новые ниши по мере их возникновения, потому что они были ранее отобраны для тех же условий в прошлом".
Соавтор Митчелл Согин говорит: "Экологические сдвиги за временные промежутки в тысячи лет в 'Затерянном городе' показывают, что некоторые из этих редких организмов, очень близкородственных доминирующим таксонам, не являются артефактами секвенирования ДНК. Организмы реальны, они способны к росту, и очень тонкие сдвиги привели к тому, что они стали выигрывающими популяциями".