Бактерии в дыме подводных вулканов
В глубинах океана на границах тектонических плит из гидротермальных источников поднимаются горячие флюиды. Эти флюиды лишены кислорода и содержат большое количество металлов, таких как железо, марганец или медь. Некоторые также могут переносить сульфиды, метан и водород. При смешивании горячей воды с холодной и насыщенной кислородом окружающей морской водой образуются гидротермальные шлейфы, содержащие дымоподобные частицы сульфидов металлов.
Эти шлейфы поднимаются на сотни метров от морского дна и разносятся на тысячи километров от своего источника. Гидротермальные шлейфы могут казаться неподходящим местом для жизни. Однако, как показывает исследование, опубликованное в Nature Microbiology, это не мешает процветать в них некоторым бактериям.
«Мы подробно изучили бактерии рода Sulfurimonas», — говорит первый автор Массимилиано Молари из Института морской микробиологии Макса Планка в Бремене (Германия). До сих пор было известно, что эти бактерии растут только в средах с низким содержанием кислорода, но их генетические последовательности также изредка обнаруживались в гидротермальных шлейфах. Как следует из названия, они известны способностью использовать энергию сульфидов. «Предполагалось, что их смывает туда из сред, связанных с гидротермальными источниками на дне. Но мы задались вопросом, могут ли шлейфы на самом деле быть подходящей средой для некоторых представителей группы Sulfurimonas».
Сложные условия отбора проб
Вместе с коллегами из Института Альфреда Вегенера, Центра полярных и морских исследований имени Гельмгольца в Бремерхафене (AWI) и Центра морских исследований MARUM Бременского университета Молари отправился в сложную экспедицию для отбора проб из гидротермальных шлейфов в Центральной Арктике и Южной Атлантике.
«Мы отбирали пробы в шлейфах в крайне удалённых районах сверхмедленных срединно-океанических хребтов, которые ранее никогда не изучались. Сбор проб гидротермальных шлейфов очень сложен, так как их нелегко обнаружить. Задача усложняется, когда шлейф находится на глубине более 2500 метров под арктическим морским льдом или в штормовых зонах Южного океана», — объясняет Антье Бётиус, руководитель группы в Институте морской микробиологии Макса Планка и директор AWI, которая была научным руководителем арктических миссий. На борту исследовательского судна «Полярштерн» учёным удалось собрать образцы и изучить в этой воде состав и метаболизм бактерий.
Хорошо приспособленные и широко распространённые
Молари и его коллеги идентифицировали новый вид Sulfurimonas, названный USulfurimonas pluma (верхний индекс «U» означает «некультивируемый»), обитающий в холодных, насыщенных кислородом гидротермальных шлейфах. Неожиданно этот микроорганизм использовал в качестве источника энергии водород из шлейфа, а не сульфид. Учёные также исследовали геном микроба и обнаружили, что он сильно редуцирован: в нём отсутствуют гены, типичные для их родственников, но есть другие, хорошо приспособленные для роста в этой динамичной среде.
«Мы считаем, что гидротермальный шлейф не только рассеивает микроорганизмы из гидротермальных источников, но также может экологически связывать открытый океан с местами обитания на морском дне. Наш филогенетический анализ предполагает, что USulfurimonas pluma могла произойти от предка, связанного с гидротермальным источником, который приобрёл более высокую толерантность к кислороду, а затем распространился по океанам. Однако это требует дальнейшего изучения», — говорит Молари.
Анализ геномных данных из других шлейфов показал, что USulfurimonas pluma растёт в этих средах по всему миру. «Очевидно, они нашли свою экологическую нишу в холодных, насыщенных кислородом и богатых водородом гидротермальных шлейфах, — говорит Молари. — Это означает, что нам нужно пересмотреть наши представления об экологической роли Sulfurimonas в глубоком океане — они могут быть гораздо важнее, чем мы думали ранее».