Как бактерии плавают без пищи и почему это важно для климата

Морские бактерии контролируют, сколько CO₂ запасается в океанах, плавая за и разлагая тонущие частицы, которые в противном случае оставались бы захороненными на тысячелетия. Исследователи обнаружили, что некоторые бактерии могут плавать несколько дней без пищи в поисках этих частиц, теряя при этом массу тела. Понимание этого механизма может улучшить прогнозы способности океана запасать углерод и смягчать климат.

«Решение плыть или не плыть при отсутствии пищи оказывается общей проблемой для бактерий», — объясняет профессор Роман Штокер. «В условиях голода плавание увеличивает шансы попасть в лучшие условия. Но плавание очень энергозатратно для морских бактерий. Это действительно решение с высоким риском и высокой наградой».

Междисциплинарная команда исследователей провела эксперименты на разных видах бактерий, лишив их пищи и наблюдая за их плавательным поведением под микроскопом. Они обнаружили, что бактерии либо полностью прекращали плавание в течение нескольких часов голода, либо продолжали плавать как минимум два дня (некоторые даже неделю).

Исследование опубликовано в журнале Nature Microbiology.

Бактерии как марафонцы

«Нас долго озадачивало, как бактерии, продолжающие плавать без пищи, платят энергетическую цену», — говорит ведущий автор исследования доктор Йоханнес Кегстра. Использование передовых методов для измерения их массы показало, что они теряют почти 10% своей биомассы за каждый день плавания. «Они очень похожи на марафонцев, преобразующих запасы биомассы в энергию для продолжения движения».

Это показывает, что морские бактерии используют два различных решения проблемы плавания: избегающие риска бактерии полностью прекращают плавание и ждут улучшений, экономя ресурсы, а склонные к риску бактерии жертвуют частью своей биомассы в надежде компенсировать её позже, когда доплывут до частицы.

От поведения к климату

Авторы использовали информацию из последовательностей ДНК бактериальных видов, чтобы предсказать такое поведение у других бактерий. Они сделали прогнозы на основе данных полевых образцов, чтобы увидеть, какая стратегия наиболее распространена в разных регионах океана. Это может быть полезно для моделирования запасания углерода. Бактерии часто упускаются из виду в математических моделях, описывающих трансформацию различных форм углерода, таких как CO₂, в океане.

«Если мы хотим, чтобы эти модели были предсказательными, нам нужно более явно описывать поведение [бактерий]», — объясняет профессор Мартин Аккерман.

Кегстра добавляет: «Проблема в том, что каждый вид разный, так с чего начать? С такими упрощающими принципами мы сейчас работаем над тем, чтобы улучшить прогнозы углеродных потоков».