Мидии содержат в жабрах разные штаммы бактерий, готовясь к изменениям среды

Глубоководные мидии, которые полагаются на симбиотические бактерии для питания, содержат удивительно высокое разнообразие этих бактериальных «поваров»: до 16 различных штаммов бактерий живут в жабрах мидии, каждый со своими способностями. Благодаря этому разнообразию симбиотических партнёров мидия готова ко всем неожиданностям.

На гидротермальных источниках в глубине океана мидии процветают в этой, казалось бы, враждебной среде, питаясь за счёт симбиотических бактерий внутри своих жабр. Эти хемосинтетические симбионты преобразуют химические вещества из источников в пищу для своих хозяев.

Немецко-австрийская исследовательская группа во главе с Ребеккой Ансорге и Николь Дубилье из Института морской микробиологии Макса Планка в Бремене и Джиллиан Петерсен из Венского университета посетила «чёрных курильщиков» в нескольких экспедициях и собрала мидий Bathymodiolus — дальних родственников съедобной синей мидии. В лабораториях Бремена и Вены исследователи детально проанализировали геномы бактерий, населяющих этих мидий. Ранее предполагалось, что мидия является домом только для одного или двух типов симбионтов. Однако Bathymodiolus явно более гостеприимен. «Фактически мы обнаружили до 16 различных бактериальных штаммов в одной мидии», — говорит Ансорге.

Важность разнообразия

Разные бактериальные штаммы обеспечивают готовность мидии ко всем непредвиденным обстоятельствам. Они выполняют разные функции, помогают в различных метаболических преобразованиях и обладают разными способностями. «Симбионты могут, например, использовать разные вещества и источники энергии из окружающей воды, чтобы кормить мидию», — объясняет Ансорге. Другие особенно устойчивы к вирусам или паразитам.

«Мы считаем, что большое биоразнообразие её «жильцов» делает мидию высокоадаптивной», — продолжает Джиллиан Петерсен. Если её среда меняется — что часто происходит в таких динамичных местах обитания, как гидротермальные источники, — мидия может быстро адаптироваться. Те бактериальные штаммы, которые особенно хорошо приспособлены к новым условиям, могут затем стать более многочисленными. Более того, если мидии хотят колонизировать новые места обитания, они хорошо подготовлены этим набором симбионтов. Очевидно, множество поваров не портят бульон мидии, а на самом деле могут приготовить именно тот бульон, который нужен для каждого случая.

«Это разнообразие симбионтов не согласуется с текущими эволюционными теориями, согласно которым организмы, столь похожие, как эти бактериальные симбионты, не могут сосуществовать», — объясняет Николь Дубилье. Это возможно благодаря особой черте этого симбиоза: мидия не кормит своих «жильцов» напрямую, а вместо этого обеспечивает им постоянный доступ к источнику пищи у «чёрных курильщиков». Симбионты получают пищу из окружающей воды. «Это позволяет мидии содержать «поваров», которые, возможно, не работают оптимально в текущих условиях. Никогда не знаешь, когда они пригодятся».

От Lucky Strike до Lilliput

Lucky Strike, Semenov, Wideawake, Clueless, Lilliput — так называются гидротермальные поля, где Ансорге и её коллеги до сих пор находили гостеприимных глубоководных мидий. Эти поля распределены вдоль всего Срединно-Атлантического хребта, от Азорских островов до глубокой южной Атлантики, на глубине нескольких тысяч метров под поверхностью океана. В каждом месте исследователи обнаруживали одну и ту же картину неожиданно высокого разнообразия симбионтов, с небольшими различиями в их способностях, которые могут быть настроены на местные условия.

«Далее мы хотим исследовать, существует ли это разнообразие и в других глубоководных симбиозах, например, у губок или моллюсков», — говорит Ансорге. «Мы также хотим изучить, типичны ли наши наблюдения для симбиозов или они также встречаются у близкородственных свободноживущих бактерий, которые очень распространены в океанах».