Некоторые фораминиферы могут процветать при изменении климата, показало исследование метаболизма

Некоторые виды фораминифер (одноклеточных эукариот) могут стать биологическими "победителями" при расширении бескислородных зон в океанах из-за изменения климата.

Новое исследование двух видов фораминифер показало, что они демонстрируют высокую метаболическую гибкость, позволяющую им процветать в гипоксичных и аноксичных осадках с низким или нулевым содержанием растворённого кислорода. Это позволяет предположить, что вклад фораминифер в морскую экосистему увеличится с расширением бескислородных местообитаний.

Множественные метаболические стратегии, которые демонстрируют эти фораминиферы для адаптации к условиям низкого и нулевого содержания кислорода, меняют классический взгляд на эволюцию и разнообразие эукариот. Классическая гипотеза предполагает, что повышение уровня кислорода в системе Земли привело к появлению кислородно-дыхающих митохондрий. Однако изученные фораминиферы, представляющие "типичных" эукариот с митохондриями, дышат нитратом и производят энергию в отсутствие кислорода. Один из видов колонизирует аноксичную среду, часто с высоким уровнем сероводорода (H₂S), который обычно токсичен для эукариот.

Как отмечено в статье Multiple integrated metabolic strategies allow foraminiferal protists to thrive in anoxic marine sediments (Science Advances), "бентосные фораминиферы представляют собой по-настоящему успешных микробных эукариот с разнообразными и сложными метаболическими адаптивными стратегиями", которые учёные только начинают открывать.

Это открытие важно, поскольку фораминиферы широко используются для интерпретации прошлых океанографических и климатических условий. Учёные в основном предполагали, что фораминиферы эволюционировали после появления кислорода на планете и, вероятно, нуждаются в нём для выживания. Однако обнаружение способности фораминифер к описанным процессам "вносит серьёзные коррективы в интерпретации прошлых условий окружающей среды на Земле, основанные на летописи окаменелостей фораминифер", — заявила соавтор и руководитель проекта Джоан Бернхард из WHOI.

Исследование даёт конкретные данные о двух высокоуспешных бентосных видах, обитающих в гипоксичных или аноксичных осадках бассейна Санта-Барбары (Калифорния).

Анализ экспрессии генов видов Nonionella stella и Bolivina argentea выявил различные успешные метаболические адаптации, позволившие им выживать в бескислородных морских осадках, и определил гены-кандидаты, участвующие в анаэробном дыхании и энергетическом метаболизме.

• N. stella использует технику "клептопластии", крадя хлоропласты у определённого рода диатомовых водорослей. Примечательно, что N. stella обитает далеко ниже зоны, где может происходить фотосинтез. Новые результаты показывают, что эти клептопласты являются функциональными, хотя точные метаболические детали остаются неясными.
• Учёные также обнаружили, что оба вида используют разные метаболические пути для включения аммония в органический азот в форме глутамата — стратегия, ранее неизвестная для этих организмов.

"Метаболическое разнообразие предполагает, что по крайней мере некоторые виды этой разнообразной группы протист смогут выдержать сильную деоксигенацию и, вероятно, будут играть важную роль в океанах, затронутых изменением климата", — заключили авторы.

Исследование "даёт научному сообществу новое направление для исследований", — отметила ведущий автор Фатма Гомаа. "Мы начинаем понимать, что существуют микроэукариоты, живущие в средах, похожих на те, что были в ранней истории Земли, и выполняющие очень интересные биологические функции".