Губки используют симбиоз с бактериями для накопления токсичного молибдена в целях защиты от хищников

Новое исследование Тель-Авивского университета показало, что губки в заливе Эйлат выработали оригинальный способ защиты от хищников. Учёные обнаружили, что губки содержат беспрецедентно высокую концентрацию высокотоксичного минерала молибдена (Mo). Кроме того, они идентифицировали бактерию, которая позволяет губкам накапливать такие высокие концентрации этого ценного металла, и раскрыли механизм симбиоза между двумя организмами.

Исследование провела аспирантка Шани Шохам и профессор Миха Илан из Школы зоологии TAU. Статья опубликована в журнале Science Advances.

Губки — древнейшие из известных науке многоклеточных организмов. Они живут в морской среде и играют важную роль в циклах углерода, азота и кремния на Земле.

Губка может обрабатывать и фильтровать объём морской воды, в 50 000 раз превышающий её собственный вес, за день. Пропуская через себя такие огромные количества воды, они могут накапливать различные микроэлементы, и учёные пытаются понять, как они справляются с токсичными количествами таких материалов, как мышьяк и молибден.

Аспирантка Шани Шохам сообщает: «20–30 лет назад исследователи из нашей лаборатории собрали образцы редкой губки Theonella conica с кораллового рифа Занзибара в Индийском океане и обнаружили в них высокую концентрацию молибдена. Молибден — это микроэлемент, важный для метаболизма клеток всех животных, включая человека, и широко используемый в промышленности.

В моём исследовании я хотела проверить, встречаются ли такие высокие концентрации и у этого вида губок в заливе Эйлат, где он обитает на глубинах более 27 метров. Обнаружив губку и проанализировав её состав, я выяснила, что она содержит больше молибдена, чем любой другой организм на Земле: 46 793 микрограмма на грамм сухого веса».

Шохам добавляет: «Как и все микроэлементы, молибден токсичен, когда его концентрация превышает его растворимость в воде. Но мы должны помнить, что губка по сути представляет собой полую массу клеток без органов или тканей. В частности, у Theonella conica до 40% объёма тела составляет микробное сообщество — бактерии, вирусы и грибы, живущие в симбиозе с губкой.

Одна из самых доминирующих бактерий, называемая Entotheonella sp., служит «детоксифицирующим органом» для накопления металлов внутри тела губки-хозяина. Накапливая всё больше молибдена, бактерии превращают его из токсичного растворимого состояния в минерал. Мы не уверены, зачем они это делают. Возможно, молибден защищает губку, сигнализируя: «Я токсичен! Не ешь меня!», а в обмен на эту услугу губка не поедает бактерии и служит их хозяином».

Молибден пользуется большим спросом, в основном для сплавов (например, для производства высокопрочной стали), но, по словам Шохам, извлечение его из губок непрактично. Шохам поясняет: «Концентрация очень высока, но в пересчёте на вес мы могли бы получить лишь несколько граммов от каждой губки, а сама губка относительно редка. Губок выращивают в морской аквакультуре, в основном для фармацевтической промышленности, но это довольно сложная задача. Губки — очень нежные существа, требующие специфических условий.

С другой стороны, будущие исследования должны быть сосредоточены на способности бактерий Entotheonella sp. накапливать токсичные металлы. Несколько лет назад наша лаборатория обнаружила огромные концентрации других токсичных металлов, мышьяка (As) и бария (Ba), у близкого родственника Theonella conica, называемого Theonella swinhoei, который распространён в заливе Эйлат.

В этом случае также было обнаружено, что Entotheonella в значительной степени ответственна за накопление металлов и превращение их в минералы, тем самым нейтрализуя их токсичность. Продолжение исследований бактерий может оказаться полезным для очистки источников воды, загрязнённых мышьяком, — серьёзной опасности, которая напрямую затрагивает здоровье 200 миллионов человек во всём мире».