Мелкие бактерии помогают большим организмам расти в океане

Международная группа учёных из Европы и США открыла симбиоз крошечных одноклеточных водорослей и высокоспециализированных бактерий в океане. Это поможет лучше понять роль океанов в глобальных биогеохимических циклах.

Суть открытия

Учёные обнаружили важную роль симбиоза между одноклеточными водорослями и азотфиксирующими бактериями. Бактерии превращают атмосферный азот в форму, доступную для других организмов, удобряя океан. Детали опубликованы в журнале Science.

Ключевой микроб

Открытие началось с исследования таинственного азотфиксирующего микроба с очень маленьким геномом. Его впервые обнаружил в 1998 году морской учёный Джонатан Зер из Калифорнийского университета в Санта-Крузе (UCSC). Этот микроб относится к цианобактериям, но лишён генов, необходимых для фотосинтеза. Он является самым распространённым азотфиксирующим организмом в океанах.

Природа симбиоза

«Цианобактерия фиксирует азот, поэтому она обеспечивает азотом клетку-хозяина [водоросль], а клетка-хозяин предоставляет необходимый углерод цианобактерии, у которой нет механизмов, чтобы получить его самостоятельно», — объясняет ведущий автор работы Энн Томпсон из UCSC.

Эволюционная значимость

Симбиоз интересен с эволюционной точки зрения. «Его можно рассматривать как аналог ранней стадии эндосимбиоза, который привёл к появлению хлоропластов в растениях», — отмечает профессор Зер. Хлоропласты произошли от симбиотических цианобактерий.

Мэтт Кейн из Национального научного фонда США (NSF) добавляет: «Геномный анализ указывает, что партнёрство этих организмов в некотором роде моделирует то, которое привело к эволюции растительных органелл».

Как обнаружили связь

Ранее команда Зера изучала цианобактерии в образцах, обработанных в лаборатории. Полная расшифровка генома показала отсутствие генов ключевых метаболических путей, что намекало на симбиоз. Увидеть партнёров вместе удалось только при сортировке свежесобранных образцов морской воды прямо на борту исследовательского судна с помощью портативного оборудования.

Глобальная роль

Сложно оценить вклад этого симбиоза в глобальные циклы углерода и азота. Другие водоросли более многочисленны и могут быть важнее для углеродного цикла океана. Однако цианобактериальные партнёры, вероятно, делают этот симбиоз значимым источником фиксации азота в океанах.

«Симбиозы в планктоне очень сложно изучать. Ассоциации часто хрупкие. Здесь мы использовали несколько инструментов, чтобы идентифицировать один из первых примеров такого партнёрства в планктоне», — говорит соавтор Рэйчел Фостер из Института морской микробиологии Макса Планка.