Микробные структуры в антарктическом озере могут рассказать больше об эволюции жизни
В глубинах удалённых антарктических озёр процветают сообщества микроорганизмов там, где выживают немногие формы жизни. Учёные изучают структуры, формируемые этими сообществами, чтобы понять микроскопическую жизнь в этих экстремальных условиях, что может дать ключи к пониманию того, как эволюционировала жизнь.
Озеро Унтерзе — крупнейшее пресноводное озеро в глубине Восточной Антарктиды. Его поверхность постоянно скрыта под несколькими метрами льда, а воздействие солнечного света большую часть года ограничено. В озере отсутствуют крупные организмы, такие как растения и животные. Однако в его глубинах богатая экосистема помогает учёным понять больше о том, как жизнь развивалась на нашей ранней планете.
Обширные сообщества микроскопических организмов формируют на дне озера своеобразные структуры: от небольших узких пинаклей до более крупных конусообразных структур. Причина существования двух разных форм оставалась загадкой, но недавнее исследование, опубликованное в Environmental Microbiology, пытается дать на неё ответ.
Доктор Энн Юнгблут, исследователь микробов из Музея и соавтор исследования, говорит: «Поскольку в озере Унтерзе есть эти два разных образования, это позволяет нам изучить, как сформировались эти микробные структуры».
«Если микробы в этих структурах схожи, это предполагает, что их форма в первую очередь определяется факторами окружающей среды. Но если их видовой состав различен, это может означать, что то, как растут эти виды, оказывает большее влияние на форму структур».
«Поскольку эти две структуры растут рядом друг с другом в одной и той же среде, мы считаем, что виды микробов играют большую роль в формировании формы структуры. Поэтому в этом исследовании мы хотели пристальнее взглянуть на организмы, составляющие эти структуры».
Из чего состоят эти структуры?
Хотя озеро Унтерзе постоянно покрыто льдом, на его глубины проникает достаточно света, чтобы фотосинтезирующая жизнь могла выжить.
Верхний слой этих микробных структур очень красочный, так как полон фотосинтезирующих организмов, которые производят пигменты для улавливания скудного света, достигающего дна озера. Под этим слоем структура выглядит как пустая глина, но она также полна различных организмов, не использующих свет для роста.
Исследователи проанализировали несколько крошечных образцов весом менее одного грамма, чтобы узнать больше о видах, составляющих эти разные структуры. Затем они извлекли ДНК и использовали её для сборки геномов различных видов, чтобы определить их состав.
В образцах содержалось разнообразие одноклеточных организмов, таких как археи, и более сложных протистов, таких как микрогрибы, инфузории и амёбы. Внешние слои в основном состояли из цианобактерий — типа фотосинтезирующих бактерий, естественным образом встречающихся в большинстве пресноводных экосистем по всему миру.
Два типа микробных структур доминировали два разных вида цианобактерий. Конусообразные структуры содержали большее количество более толстых цианобактерий Microcoleus, а пинаклеобразные структуры — большее количество более тонких Elainellacea.
«Основываясь на нашем исследовании, мы считаем, что цианобактерии играют роль в формировании этих структур, — говорит Энн. — Значит, должен быть какой-то способ их роста, который приводит к этим разным формам».
«Но мы пока не знаем, почему в определённых областях озера растут разные виды и как эти различные микроорганизмы взаимодействуют друг с другом. Это то, что мы хотим изучить в наших будущих исследованиях».
Как эти микробные структуры рассказывают нам больше о ранней жизни на Земле?
Каждый год микробные структуры в озере Унтерзе продолжают расти, поскольку сочетание микроорганизмов и оседающих осадков создаёт слои, которые могут формировать крупные структуры в течение сотен, а возможно, и тысяч лет.
Эти мягкие микробные структуры формируются аналогично строматолитам, которые впервые появились на нашей планете миллиарды лет назад и являются одними из древнейших известных ископаемых.
Хотя строматолиты существуют и сегодня, они наиболее известны как характерная черта архейского эона, длившегося от 4 до 2,5 миллиардов лет назад. В то время не было ни растений, ни животных, ни других сложных организмов, которые мы видим сегодня.
Единственной существовавшей жизнью были одноклеточные организмы. Многие строматолиты архейского эона также состояли из фотосинтезирующих цианобактерий, и считается, что они в значительной степени ответственны за богатую кислородом атмосферу, от которой мы зависим сегодня.
Учёные используют возможность изучить живые микробные слоистые структуры, чтобы попытаться узнать больше о том, как жизнь эволюционировала в этот ранний период истории Земли.
«Большинство местообитаний на Земле сегодня имеют много организмов, которых не существовало на ранней Земле, — говорит Энн. — Поэтому мы изучаем эти структуры в Антарктиде, потому что это экстремальная среда, где может жить не так много организмов, и она лучше отражает то, каким был архейский эон».
«Озеро Унтерзе уникально, потому что в нём есть эти разные формы микробных структур. Изучение этих структур может помочь нам больше узнать о том, как жизнь эволюционировала, формировалась и организовывалась, и насколько она подвергалась влиянию факторов окружающей среды».