Микроскопические микробы обладают огромной властью над Великими озёрами, но многие виды остаются загадкой
Учёные из Чикагского университета исследуют микробное сообщество Великих озёр, используя пробоотборник-розетту для забора воды с глубины около 860 футов (~262 м) в озере Мичиган.
Невидимая жизнь озёр
Каждая капля воды Великих озёр содержит огромное количество микроорганизмов: бактерий, вирусов и водорослей. По словам профессора Морин Коулман, глоток воды при плавании в озере Мичиган содержит около 1 миллиона бактериальных клеток и 10 миллионов вирусов. Эти микроскопические виды регулируют климат, распространяют болезни, влияют на метаболизм животных и служат основой пищевой цепи.
Исследование и открытия
С 2012 года Коулман ведёт первое долгосрочное исследование микроорганизмов во всех пяти Великих озёрах. Проанализировав четырёхлетние данные, команда обнаружила около 160 новых видов. Исследование финансируется National Science Foundation.
Угроза вредоносного цветения водорослей
Исследование стало особенно актуальным из-за распространения токсичных цианобактерий (сине-зелёных водорослей). Массивное цветение в западной части озера Эри, видимое из космоса, сделало воду Толедо непригодной для питья в 2014 году. В последние годы вредоносное цветение наблюдалось даже в считающемся самым нетронутым озере Верхнем.
Цианобактерии производят кислород, но некоторые виды также выделяют токсины, опасные для печени человека. Триггеры их производства до конца не изучены. Учёные предполагают, что причиной могут быть конкуренция за питательные вещества, солнечный свет или температура воды.
Методы изучения
Для изучения глубоководных микробов, обитающих в холодных, бедных питательными веществами и светом зонах, учёные:
- Отбирают пробы воды с помощью розетты.
- Быстро фильтруют воду на борту судна в тёмной лаборатории при красном свете.
- Замораживают образцы на фильтрах в жидком азоте для сохранения ДНК и метаболической активности.
- Проводят секвенирование ДНК для идентификации видов и их функций.
Неожиданные открытия
Исследователи обнаружили в глубоких водах новый вид бактерий-нитрификаторов, которые получают энергию, перерабатывая азот из отходов животных. Необычно то, что у этого вида, по-видимому, есть фермент, позволяющий ему использовать солнечный свет как источник энергии, хотя нитрификаторы обычно подавляются светом.
Процесс разложения азотных соединений защищает качество воды, но может приводить к выбросу мощного парникового газа — закиси азота (N2O), чей потенциал глобального потепления в 300 раз выше, чем у CO2.
Влияние инвазивных видов
Распространение инвазивных дрейссены (quagga mussel), поглотившей большую часть планктона и загрязняющей дно отходами, может предоставить микробам-нитрификаторам больше энергии и повлиять на их популяцию.
Происхождение микробов
Происхождение многих микробов в Великих озёрах (возраст — около 10 000 лет) остаётся загадкой. Возможные пути:
- Эволюция из существующих видов.
- Попадание с паводковыми водами.
- Перенос в балластных водах судов из океанов.
- Они всегда были здесь, но оставались необнаруженными.
Переписывание учебников
По словам Коулман, наши знания о микромире стремительно меняются. Открываются новые типы (phyla) микроорганизмов — огромные древние группы, которые раньше не были известны. Учебники по биологии переписываются, и исследования в Великих озёрах только начинают раскрывать это невидимое разнообразие.