Ученые отследили популяции микробов в океане в их естественной среде, создав «день из жизни»

Микробиологи, изучающие дикие морские микроорганизмы, сталкиваются с огромными трудностями в наблюдении за их повседневной жизнью. Команда ученых из MIT и Института исследований аквариума Монтерей-Бей разработала метод, позволяющий создать «натуралистический фильм» о одновременной активности множества сосуществующих видов в их родной среде с течением времени.

Для этого использовалось роботизированное устройство, дрейфовавшее в толще океана и собиравшее образцы, содержащие около миллиарда микробов, каждые четыре часа. Устройство «фиксировало» каждый образец, сохраняя паттерн экспрессии генов микробов в момент сбора для последующего анализа в лаборатории. С помощью полногеномного анализа экспрессии генов ученые создали покадровый монтаж ежедневной активности множества видов микробов за двухдневный период.

«Теперь мы можем наблюдать за естественными микробами с разрешением, подобным тому, с каким натуралист следит за стадом», — говорит Эдвард ДеЛонг, старший автор исследования, опубликованного на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Поскольку микробы чрезвычайно чувствительны к изменениям окружающей среды и быстро меняют экспрессию генов в ответ на колебания температуры, света, наличия питательных веществ, их гены рассказывают историю об их взаимодействии со средой. Каждый микроб действует как живой сенсор.

Анализ показал, что фотосинтезирующие микробы усиливали активность, связанную с использованием света, утром и снижали её ночью, как и в лабораторных условиях.

Однако подводные «сцены» также показали нечто ранее невиданное: нефотосинтезирующие микробы, потребляющие углерод, но принадлежащие к разным видам, демонстрировали синхронизированную, быстро меняющуюся экспрессию метаболических генов. Некоторые одновременно экспрессируемые гены у разных видов выполняли одну функцию (например, связанную с ростом или дыханием), другие кодировали совершенно разные функции. Это указывает на то, что микробы реагировали на схожие изменения среды, вероятно, в количестве или качестве доступного органического вещества.

«Эта информация может быть полезна для создания прогностических моделей, которые помогут понять, как морской планктон будет реагировать на такие факторы, как изменение климата и закисление океана», — отмечает Роб Найт из Университета Колорадо.