Микробиологи научились измерять чрезвычайно медленную жизнь

Микробиологи из Орхусского университета (Дания) разработали новый метод измерения очень медленного метаболизма бактерий глубоко в морском дне. Результаты могут дать знания о глобальном углеродном цикле и его долгосрочном влиянии на климат.

«Образцы ила, кипяченные в кислоте, звучат как колдовство», — признает микробиолог Бенте Ломштейн, объясняя, как она и международная группа исследователей достигли выдающихся результатов, опубликованных сегодня в журнале Nature.

Бактерии — единственные живые организмы, производящие D-аминокислоты, которые оставляют химическую сигнатуру в иле, в котором они живут. Исследователи использовали это знание вместе с американскими коллегами, чтобы разработать метод расчета уровня активности микроорганизмов в самых глубоких слоях морского дна.

Метаболизм в замедленном режиме

Почему нас должны волновать мелкие организмы, живущие скрыто под морским дном мирового океана? Потому что медленно растущие бактерии важны для глобального хранения органического углерода и, следовательно, для содержания кислорода в атмосфере.

«Семьдесят процентов нашей планеты покрыто океаном, а значит, семьдесят процентов планеты состоит из морского дна — осадков, хранящих старую органическую материю. В некоторых местах отложения имеют толщину более ста метров, и от десяти до тридцати процентов всей живой биомассы на Земле фактически находится в иле на морском дне. Бактерии в морском дне преобразуют углерод органического вещества в CO₂, и если все сложить, метаболизм там играет решающую роль в глобальном углеродном цикле, даже если он происходит очень медленно», — говорит доцент Ломштейн.

Результаты показывают, что метаболизм органического углерода происходит гораздо медленнее в глубоком морском дне по сравнению со всеми другими известными экосистемами. Среднее время генерации бактериальных клеток там соответственно велико: 1000–3000 лет. Для сравнения, многие бактерии, изучаемые в лаборатории или в природе, размножаются за несколько часов.

Жизнь в экстремальных условиях

«Чрезвычайно высокое давление, полная темнота и очень мало питания — вот условия, в которых живут микроорганизмы на морском дне. На дне глубоких океанов давление достигает нескольких сотен атмосфер», — объясняет Алиса Тофт Лангерхуус, одна из исследователей.

У исследователей также есть идея о том, как бактерии могут выживать в таких экстремальных условиях. Им впервые удалось продемонстрировать, что спящих клеток столько же, сколько и активных. В значительной степени бактерии поэтому выбирают образование эндоспор, которые имеют твердую «оболочку» для защиты от суровой среды.

Исследователи объединили органическую биогеохимию с микробиологическими исследованиями, и их междисциплинарная модель также может дать информацию о жизни в других экстремальных экосистемах.

«Наши знания могут быть использованы в древних средах с чрезвычайно низкой биологической активностью, таких как вечная мерзлота. Метод особенно полезен для обнаружения жизни в самых неактивных средах», — говорит Бенте Ломштейн.