Исследование микробных сообществ в горячих источниках
Микробы в горячих источниках, например в Йеллоустонском национальном парке, эволюционировали, чтобы выживать в экстремальных условиях: в кипящей воде с высокой кислотностью, иногда сравнимой с кислотностью желудочного сока.
Исследователи из Национальной лаборатории Ок-Ридж Министерства энергетики США изучили микробные сообщества в горячих источниках Йеллоустона (США), Исландии и Японии, чтобы понять, как формируются эти сообщества.
Значение экстремофилов
Изучение экстремофилов — организмов, живущих в экстремальных условиях, — особенно в гидротермальных системах, важно по нескольким причинам:
- Эволюция жизни: Горячие источники существуют с ранней истории Земли и, возможно, были средой для возникновения первых форм жизни.
- Практические открытия: Исследования таких микробов уже привели к прорывам. Например, бактерия Thermus aquaticus, выделенная в Йеллоустоне в 1964 году, стала источником фермента, устойчивого к кипячению, что легло в основу ПЦР-метода анализа ДНК.
Две гипотезы и масштабное исследование
Главный научный вопрос: что определяет состав микробных сообществ в разных источниках? Существуют две основные гипотезы:
- Абиотические факторы: Основными драйверами являются pH (кислотность) и температура воды. При схожих условиях сообщества будут похожи, независимо от географии.
- Географическое разделение: Даже при схожих условиях сообщества в удалённых друг от друга источниках будут разными из-за изоляции.
Чтобы проверить гипотезы, учёные впервые сравнили микробы в гидротермальных системах с радикально разными характеристиками на трёх континентах:
- 25 источников в Йеллоустоне (основная порода — риолит).
- 28 источников в Исландии (основная порода — базальт).
- 5 источников в Японии (основная порода — андезит).
Ключевые результаты
- Отсутствие фотосинтеза: Во всех источниках не было обнаружено микробов, осуществляющих фотосинтез. Все организмы выживают за счёт химической энергии.
- Широкий диапазон условий: pH источников варьировался от 2 (как у уксуса) до 10 (щелочная среда). Кислотность формируется, когда подземные газы (например, образующие серную кислоту) взаимодействуют с водой и породами.
- Влияние на разнообразие: Наибольшее микробное разнообразие наблюдалось в слабокислых источниках, наименьшее — в самых кислых. Чем выше температура, тем меньше разнообразие.
- Главный фактор: Анализ показал, что основным драйвером состава микробного сообщества является pH воды. Вторичными факторами стали химический состав (обусловленный типом породы и газами) и температура.
- Глобальное сходство: Несмотря на большое разнообразие, только 9 групп микробов были обильны более чем в одном регионе. Эти группы являются ключевыми игроками и встречаются в горячих источниках по всему миру.
Вывод: Микробы способны распространяться на огромные расстояния, но конечный состав сообщества «отбирается» и определяется локальными условиями среды, в первую очередь — уровнем кислотности.