Глубоководные черви и бактерии объединились для утилизации метана
Учёные из Калифорнийского технологического института (Caltech) и колледжа Оксидентал обнаружили симбиоз червей и бактерий, питающихся метаном, на дне океана, что проливает новый свет на экологию глубоководных сред.
Они выяснили, что бактерии семейства Methylococcaceae используют в качестве "транспорта" перистые жабры, выполняющие роль органов дыхания у червей родов Laminatubus и Bispira. Methylococcaceae являются метанотрофами, то есть получают углерод и энергию из метана (CH4).
Черви длиной в несколько дюймов в больших количествах встречаются возле глубоководных метановых сипов — выходов на дне океана, где богатые углеводородами флюиды просачиваются в воду. Ранее причина такого предпочтения была неясна. Оказалось, черви медленно переваривают бактерий-«безбилетников» и таким образом усваивают углерод и энергию, которые те извлекают из метана.
Фактически, с небольшой помощью и через дополнительные этапы, черви сами стали метанотрофами.
«Эти черви давно ассоциируются с сипами, но все просто предполагали, что они фильтруют и поедают бактерий. Вместо этого мы обнаружили, что они объединяются с микробом, чтобы использовать химическую энергию для питания способом, который мы не рассматривали», — говорит Виктория Орфан, профессор экологии и геобиологии, соавтор статьи, опубликованной в Science Advances 3 апреля.
Открытие было сделано во время исследовательских экспедиций к метановым сипам у побережья Южной Калифорнии и Коста-Рики.
«У нас на борту был коллега, эксперт по этим червям, который заметил необычную морфологию. Их дыхательные жабры были гораздо более перистыми, чем кто-либо видел раньше, что стало первой подсказкой. Этого было достаточно, чтобы сказать: "Это интересно. Надо исследовать"», — говорит Шана Гоффреди, ведущий автор статьи в Science Advances.
Для изучения взаимоотношений червей и бактерий учёные с помощью роботизированных подводных аппаратов взяли образцы с глубины 1800 метров.
Анализ тканей червей показал необычно низкое соотношение изотопов углерод-13 к углероду-12. Это означает, что углерод в теле червей, вероятно, происходит из метана. Поскольку черви не способны перерабатывать метан напрямую, они должны получать углерод от метанотрофных бактерий.
«Тот факт, что мы нашли этот специфический изотоп углерода по всему телу червей, а не только в их жабрах, указывает на то, что они потребляют углерод метана от этих бактерий», — поясняет Орфан.
Гипотеза была подтверждена молекулярными методами, микроскопией и экспериментами с использованием меченой версии метана.
Эти результаты меняют наше понимание экосистем сипов и имеют значение для управления глубоководными районами, поскольку метановые сипы и гидротермальные источники будут испытывать растущее давление из-за добычи человеком энергии и полезных ископаемых.