Глубоководные бактерии копируют диету соседей
Вдали от солнечного света организмы на дне океана используют химическую энергию для фиксации углерода. У гидротермальных источников, где горячая, богатая минералами вода вырывается из высоких "черных курильщиков", процветают экосистемы, питаемые этой химической энергией. Мидии Bathymodiolus процветают в этой, казалось бы, враждебной среде, питаясь за счет симбиотических бактерий в своих жабрах. Эти бактерии преобразуют химические вещества из источников в пищу для мидий. Международная группа ученых под руководством Николь Дубилье из Института морской микробиологии Макса Планка в Бремене и Джиллиан Петерсен из Венского университета сообщает в ISME Journal, что фиксация углерода в глубоком море более разнообразна, чем считалось ранее.
Знакомьтесь, Thiobarba — новая бактерия
Известно, что глубоководные мидии Bathymodiolus содержат симбионтов в жабрах. В 2016 году Адриен Асси, работая над диссертацией в Институте морской микроскопии Макса Планка, обнаружил симбиотические бактерии, живущие между жабрами мидий, и назвал их Thiobarba. Дальнейшие исследования показали, что эти бактерии не только принадлежат к ранее неизвестному семейству, но и питаются неожиданным способом.
"Thiobarba фиксирует углерод с помощью цикла Кальвина", — объясняет Николаус Лайш, соавтор исследования. "Это первая бактерия в этой группе, использующая этот путь для фиксации углерода". Обычно эта группа (к которой относится Thiobarba) использует для фиксации более энергоэффективный обратный цикл TCA. Однако он плохо работает в присутствии кислорода, которого много в жабрах мидий. "Это открытие ставит под сомнение текущие представления о том, какие бактериальные группы используют тот или иной путь фиксации углерода", — продолжает Лайш.
Фиксация CO2 по-соседски
Семейство Thiobarba принадлежит к группе бактерий Epsilonproteobacteria (недавно переименованных в Campylobacterota). Представители этой группы не были известны как симбионты мидий и не использовали цикл Кальвина.
Как же Thiobarba приобрела генетический "инструментарий" для цикла Кальвина? "Наши результаты, основанные на метагеномном секвенировании, указывают, что они получили некоторые необходимые гены от других симбионтов, которые также живут внутри жабр мидии", — говорит Адриен Асси, другой соавтор исследования. Эти эндосимбионты живут внутри тканей и имеют гораздо более тесные симбиотические отношения с мидией. Прежде чем Thiobarba смогла успешно поселиться на жабрах Bathymodiolus, один из ее предков, вероятно, приобрел "инструменты ремесла" у эндосимбионтов, что позволило его потомкам эффективнее колонизировать мидий.
Симбиоз как модель для изучения эволюции
Ученые также обнаружили аналогичные процессы у свободноживущих Campylobacterota. Бактерии из проб воды, взятых у гидротермальных источников, содержали соответствующие гены. Использование цикла Кальвина в этой группе бактерий может быть более распространенным, чем считалось.
"Наши исследования симбиотических бактерий часто раскрывают новые идеи, актуальные и для свободноживущих бактерий. Изучая симбиозы, мы можем многое узнать о микробной жизни в целом и ее эволюции", — заключает руководитель проекта Николь Дубилье.