Бактерии океана следуют предсказуемым суточным ритмам
Новое исследование MIT, опубликованное в Science, показало, что микробы в открытом океане следуют предсказуемым суточным паттернам биологической активности, таким как питание, дыхание и рост.
- Определённые виды — «ранние пташки»: они проявляют генетические признаки дыхания, метаболизма и синтеза белка в утренние часы.
- Другие виды активизируются позже в течение дня.
Это ежедневное чередование бактериальной активности оказалось удивительно стабильным и упорядоченным.
«Это первое наблюдение для микробов, вид за видом, этой эстафеты активности, которая происходит, бум, каждый день, как часы», — говорит профессор Эдвард ДеЛонг.
Исследование в открытом океане
В сентябре 2011 года учёные использовали свободно дрейфующий роботизированный пробоотборник в северной части Тихого океана. Он собирал пробы воды из одного и того же сообщества бактерий каждые два часа в течение трёх дней.
В лаборатории с помощью методов секвенирования RNA исследователи определили транскриптомный профиль каждой пробы — гены, которые включаются или выключаются в каждый момент времени во всём сообществе. Это позволило выявить суточные (24-часовые) циклы активности для нескольких видов бактерий.
Ритм, заданный солнцем
Большинство проб доминировал Prochlorococcus — самый распространённый фотосинтезирующий организм на Земле. Анализ показал, что его метаболическая активность начинается на рассвете и достигает пика около полудня, когда он поглощает солнечный свет и производит углерод.
Кроме того, команда проанализировала пять видов гетеротрофных бактерий, которые потребляют органический углерод. Среди них группа Roseobacter первой проявляла признаки активности после восхода солнца, а другие бактерии подключались позже в течение дня.
«Рано утром один набор организмов просыпался первым и включал свои гены для производства белков и дыхания, что является индикатором последующей активности и роста», — объясняет ДеЛонг.
Учёные наблюдали «волнообразную прогрессию» активности, синхронизированную с ритмом Prochlorococcus:
- На рассвете Prochlorococcus начинает поглощать солнечный свет и производить углерод для всего сообщества.
- По мере поступления углерода гетеротрофные виды, такие как Roseobacter, начинают его потреблять.
- Разные виды с разной скоростью метаболизма проявляют пиковую активность в разное время суток.
Контраст с прибрежными водами
В 2013 году та же группа провела аналогичное исследование в прибрежных водах и обнаружила менее регулярные метаболические паттерны.
Причина, по мнению ДеЛонга, может заключаться в доступности питательных веществ:
- В прибрежных водах бактерии могут питаться из различных, более спорадических источников (реки, цветение фитопланктона).
- В открытом океане, который похож на пустыню с очень стабильными условиями, производители углерода, такие как Prochlorococcus, становятся сильными регуляторами, определяющими метаболическую активность всего сообщества.
«То, что мы видим в океане, говорит нам о том, как сложные сообщества различных микроорганизмов работают вместе и координируют свою активность во времени», — резюмирует ДеЛонг.
Перспективы исследований
Благодаря улучшению технологий секвенирования генома учёные надеются получить ещё более чёткую картину активности бактериального сообщества, возможно, с поминутным разрешением.
«Микробы могут включать и выключать экспрессию своих генов в течение минут. Так что мы приближаемся к тому разрешению, где активность действительно имеет значение», — говорит ДеЛонг.