Первое детальное исследование определяет границы жизни метан-выделяющих микробов в подводном вулкане
По некоторым оценкам, треть земных организмов по массе обитает в горных породах и осадках планеты, однако их жизнь и экология остаются почти полной загадкой. Микробиолог Джеймс Холден из Университета Массачусетса в Амхерсте и его коллеги впервые представили в Proceedings of the National Academy of Sciences детальные данные о группе метан-выделяющих микробов, живущих глубоко в трещинах горячих подводных вулканов.
Холден отмечает: "За последние 20 лет накопились доказательства, что в недрах Земли, в коре и морских отложениях, существует невероятное количество биомассы, возможно, сравнимое со всей биомассой растений и животных на поверхности. Нас интересуют микробы в глубинных породах, и лучшее место для их изучения — гидротермальные источники подводных вулканов. Тёплые потоки воды приносят необходимые им источники питательных веществ и энергии".
Цели и методы исследования
Одной из главных целей была проверка результатов компьютерного моделирования и установление первого порогового значения концентрации водорода в окружающей среде для гипертермофильных (любящих сверхвысокие температуры) метаногенных микробов в гидротермальных флюидах.
В 2-литровом биореакторе, где можно было контролировать уровень водорода, аспирантка Хелен Вер Экке вырастила чистые культуры гипертермофильных метаногенов с места исследования, а также коммерчески доступный вид в качестве контроля. Она обнаружила, что кинетика роста для трёх организмов была примерно одинаковой: все росли с одинаковой скоростью при равных количествах водорода и имели одинаковые минимальные требования для роста. "Эти эксперименты впервые установили, что этим метаногенам требуется не менее 17 микромоль водорода для роста", — говорит Холден.
Полевые исследования и ключевые результаты
С помощью исследовательской подводной лодки Alvin были собраны образцы гидротермальных флюидов, вытекающих из "чёрных курильщиков" с температурой до 350 °C и просачивающихся из трещин океанического дна при более низких температурах. Образцы взяли с вулкана Аксиальная и сегмента Эндевор — обсерваторий долговременного наблюдения на подводном хребте примерно в 200 милях от побережья Вашингтона и Орегона на глубине 1–1,5 мили.
На участке Аксиальная исследователи обнаружили концентрацию водорода выше пороговой для роста метаногенов, а также молекулярные, организменные и геохимические свидетельства текущего метаногенеза. В то же время на Эндеворе уровень водорода был ниже порога, и признаки метаногенеза в основном отсутствовали.
Неожиданное открытие: синтрофия
На участке с низким содержанием водорода (Эндевор) учёные обнаружили, что некоторые гипертермофильные метаногены могут выживать, питаясь водородом — отходами жизнедеятельности других гипертермофилов.
"Мы выдвинули гипотезу, что метаногены растут синтрофно с водород-продуцирующими микробами, и в лаборатории это подтвердилось на штамме из этого места. Таким образом, мы описали экосистему метаногенов, которая включает симбиотические отношения между микробами", — заключает Холден.