Уровень азота в среде влияет на химический состав морских микроорганизмов
Новое исследование, опубликованное 15 марта в журнале mSystems, заставляет пересмотреть роль морских микроорганизмов в океаническом углеродном цикле, что важно для климатического моделирования.
Учёные долгое время предполагали, что у морских микроорганизмов существует некий универсальный средний соотношение углерода к азоту (C:N), на котором основаны климатические модели. Однако исследование в "мёртвой зоне" у побережья Мексики (Восточная тропическая северная часть Тихого океана, зона кислородного минимума) показало, что это соотношение в ДНК и белках микроорганизмов может меняться в зависимости от уровня азота в окружающей среде.
Ключевые выводы:
- Влияние азота на геномы: В верхних слоях воды с низкой концентрацией азота у бактерий были гены с меньшим содержанием азота. На чуть большей глубине, где азота больше, бактерии содержали больше азота в генах.
- Механизм в ДНК: Это связано с составом пар оснований ДНК. Пара GC (гуанин-цитозин) содержит на один атом азота больше, чем пара AT (аденин-тимин). Чем больше в геноме GC-пар, тем выше в нём содержание азота. Аналогично, разные комбинации аминокислот создают белки с разным содержанием азота.
- Неожиданная роль вирусов: Реконструировав геномы вирусов, заражающих бактерии, учёные обнаружили, что на их состав также влияет доступность азота в среде. Вирусы в богатых азотом слоях использовали более богатые азотом нуклеотиды и аминокислоты для построения вирусных частиц, хотя у вирусов нет собственного метаболизма.
Значение для климатических моделей:
Как отмечает ведущий автор исследования Дэниел Мураторе, текущие климатические модели делают упрощённые допущения о химическом составе морских микроорганизмов. Более точная модель должна учитывать поступление азота и соответствующую корректировку клеточного соотношения C:N, что может повлиять на прогнозы перемещения углерода из атмосферы в глубины океана, используемые, например, МГЭИК.
Исследование напоминает, что геномы — это не просто информация на экране, а реальные молекулы, для синтеза которых клеткам необходимо добывать ресурсы, такие как азот.
Сейчас команда проводит новые замеры в океане, от бедного азотом Северного Тихоокеанского Субтропического Круговорота до богатого азотом Экваториального Апвеллингового региона, чтобы проверить, наблюдаются ли предсказанные закономерности в реальных экосистемах.