Жизнь под нашими ногами: Учёные обнаружили микробов, процветающих в грунтовых водах и производящих кислород в темноте

Почти треть пресноводных ресурсов Земли находится в грунтовых водах — значительно больше, чем во всех озёрах, реках и атмосфере вместе взятых, и уступает только замёрзшей воде в полярных ледяных шапках. Соответственно, около половины человечества зависит от грунтовых вод как источника питьевой воды.

Несмотря на глобальное распространение и первостепенную важность грунтовых вод, знания об организмах, которые их населяют, и о том, как они выживают, остаются скудными.

Недавнее исследование под руководством микробного эколога Эмиля Руффа из Морской биологической лаборатории (MBL) обнаружило, что древние грунтовые воды содержат не только разнообразные и активные микробные сообщества, но и неожиданно большое количество микробных клеток.

Примечательно, что некоторые из этих микробов, по-видимому, производят «тёмный кислород» (в отсутствие солнечного света) в таком количестве, что он может питать не только самих этих микробов, но и просачиваться в окружающую среду, поддерживая другие микробы, зависящие от кислорода, но не способные производить его сами. Исследование опубликовано в Nature Communications.

Исследование изучило 138 проб грунтовых вод, взятых из 14 водоносных горизонтов, залегающих под более чем 80 000 квадратных миль прерий в провинции Альберта, Канада — площадь в три раза больше Ирландии. Целью было изучение биогеохимии и микробной экологии широкого спектра сред водоносных горизонтов.

«Утечка тёмного кислорода в грунтовые воды может иметь очень важные последствия, актуальные для исследований изменения климата», — сказал соавтор Марк Строус из Университета Калгари. «У нас есть указания на то, что микробы используют кислород грунтовых вод для потребления метана, парникового газа. Особенно в провинции Альберта метан распространён в грунтовых водах и может просачиваться из-под земли в атмосферу. Теперь мы постараемся понять, предотвращают ли эти микробы выбросы метана и в каком объёме».

Неожиданно команда обнаружила значительно больше микробных клеток в более старых пробах грунтовых вод, чем в молодых, что позволяет предположить, что эти древние грунтовые воды со временем эволюционировали, чтобы обеспечивать энергией для роста микробов. Это открытие противоречит предыдущим исследованиям подповерхностных экосистем океана и суши, которые показали, что плотность микробных клеток обычно уменьшается с увеличением глубины, предположительно из-за ограничений по энергии.

Кислород или смерть

Кислород жизненно важен для людей, большинства животных и многих микроорганизмов. Подавляющее большинство кислорода на Земле производится посредством фотосинтеза, при котором растения и микробы используют солнечный свет в качестве источника энергии для усвоения углекислого газа для роста.

Однако существуют несколько малоизвестных химических и микробных процессов, которые могут производить кислород в отсутствие света. В одном случае микробы расщепляют оксид азота на азот и кислород, а в другом — хлорит на хлорид и кислород. Эти процессы, также называемые микробным диспропорционированием, считались очень редкими и значимыми только в микроскопическом масштабе, причём производимый кислород немедленно потреблялся.

Однако Руфф и др. обнаружили свидетельства того, что такие производящие кислород микробы могут быть очень многочисленными и активными в экосистемах грунтовых вод. Фактически, настолько многочисленными и активными, что они, по-видимому, выделяют значительные количества этого «тёмного кислорода» в окружающую среду, вызывая его накопление. По аналогии с накоплением кислорода в атмосфере в результате фотосинтеза, этот подземный процесс может позволить выживать и процветать микробам, зависящим от кислорода.

«Использование кислорода для дыхания высвобождает много энергии, которую организм может использовать для роста и размножения», — сказал Руфф. «Это открытие бросает вызов нашему нынешнему пониманию подземных экосистем Земли».

Пробы грунтовых вод для этого исследования были получены из Сети наблюдательных скважин за грунтовыми водами, поддерживаемой Министерством окружающей среды и охраняемых территорий Альберты, Канада.