Как микробы колонизируют свежую лаву: исследование в Исландии
Исследователи из Университета Аризоны изучили, как микроорганизмы впервые заселяют абсолютно новые среды обитания, на примере свежих лавовых потоков вулкана Фаградалсфьядль в Исландии. Вулкан извергался трижды в период с 2021 по 2023 год, каждый раз покрывая тундру стерильной лавой температурой свыше 2000°F (~1093°C).
Методология исследования
Учёные отбирали пробы из различных источников:
- Только что затвердевшая лава (спустя часы после извержения)
- Дождевая вода и аэрозоли (частицы в воздухе)
- Почва и породы окружающей территории
Из образцов извлекали ДНК, а для анализа состава сообществ и их происхождения использовали статистические методы и машинное обучение.
Динамика колонизации
- Первые поселенцы: Лавовые потоки — среды с крайне низкой биомассой, малым количеством воды и органических питательных веществ. Первыми их заселяют наиболее выносливые ("badass") микробы, способные выжить в таких суровых условиях.
- Рост и спад разнообразия: В первый год после извержения биоразнообразие увеличивается. Однако после первой зимы оно резко снижается ("tanked"), так как сезонные изменения отбирают лишь специфическое подмножество организмов.
- Стабилизация: С каждой последующей зимой "обновление" сообщества уменьшается, а разнообразие со временем стабилизируется.
Ключевая роль дождевой воды
Исследование показало, что дождевая вода играет критическую роль в формировании микробных сообществ на свежей лаве:
- Ранний этап: Колонизаторы в основном поступают из почвы, переносимой ветром на поверхность лавы, и из осаждающихся аэрозолей.
- После зимнего сдвига: Большинство микробов начинает поступать с дождевой водой. Это подтвердилось для всех трёх извержений, что стало неожиданным и воспроизводимым результатом.
Научная значимость
- Это первое детальное исследование первичной сукцессии микробов — заселения организмов в новую, только что сформированную среду обитания (в отличие от вторичной сукцессии — восстановления нарушенных местообитаний).
- Уникальность работы — в возможности провести измерения трижды ("triplicate") в естественной среде благодаря трём последовательным извержениям в одном районе.
- Исследование даёт механистическое понимание того, как биологическое сообщество устанавливается с самого начала.
Применение к другим планетам
Полученные данные могут помочь в оценке потенциальной обитаемости других миров, например, Марса:
- Поверхность Марса в основном базальтовая и сформирована вулканическими процессами.
- Прошлые вулканические извержения на Марсе могли создавать транзитные периоды обитаемости, выделяя тепло и летучие газы и растапливая подповерхностный лёд.
- Понимание того, как микробы колонизируют новые лавовые потоки, — это шаг к поиску потенциальных биосигнатур на Марсе и ответу на вопросы о влиянии вулканизма на обитаемость.