Учебное знание перевернуто: открыт 3-в-1 микроорганизм
Исследователи показали, что в природе существует невероятно высокое биоразнообразие экологически значимых микроорганизмов. Это разнообразие как минимум в 4.5 раза больше, чем считалось ранее. Результаты опубликованы в журналах Nature Communications и FEMS Microbiology Reviews.
Многие климатически значимые процессы зависят от микроорганизмов, связанных с огромным разнообразием видов внутри групп бактерий и архей («примитивных бактерий»). Например, сульфатредуцирующие микроорганизмы превращают треть органического углерода в морских осадках в диоксид углерода, попутно производя токсичный сероводород. С другой стороны, сероокисляющие микроорганизмы быстро используют его как источник энергии и обезвреживают.
«Эти процессы также важны в озерах, болотах и даже в кишечнике человека для поддержания баланса в природе и здоровья», — говорит профессор Михаэль Пестер. Изучение метаболизма одного из таких новых микроорганизмов выявило ранее недостижимую многофункциональность.
Микроорганизмы стабилизируют экосистемы
Серный цикл — один из важнейших и древнейших биогеохимических циклов на планете, тесно связанный с циклами углерода и азота. В глобальном масштабе сульфатредукторы преобразуют около трети органического углерода, ежегодно достигающего морского дна. В ответ сероокислители потребляют около четверти кислорода в морских осадках.
Дисбаланс в этих экосистемах может быстро привести к дефициту кислорода и накоплению токсичного сероводорода, формируя «мертвые зоны». Это наносит экономический (например, рыболовству) и социальный ущерб.
Опубликованные результаты показывают, что видовое разнообразие сульфатредуцирующих микроорганизмов включает как минимум 27 типов (phyla). Ранее было известно только шесть. Для сравнения: в царстве животных в настоящее время известно 40 типов, а позвоночные относятся только к одному — хордовым.
Новооткрытая многофункциональная бактерия
Исследователи отнесли одного из новых «сульфатредукторов» к малоизученному типу acidobacteriota и изучили в биореакторе.
С помощью современных методов экологической микробиологии они показали, что эти бактерии могут получать энергию как за счет восстановления сульфата, так и за счет дыхания кислородом. Эти два пути у всех известных микроорганизмов ранее считались взаимоисключающими.
Также было показано, что сульфатредуцирующие acidobacteriota могут расщеплять сложные растительные углеводы, такие как пектин, — еще одно ранее неизвестное свойство «сульфатредукторов».
Это переворачивает учебное знание. Оказалось, что сложные растительные соединения в условиях отсутствия кислорода могут разлагаться не только за счет скоординированного взаимодействия разных микроорганизмов (как считалось), но и одним видом бактерий по сокращенному пути.
Еще одно новое открытие: эти бактерии могут использовать для этого как сульфат, так и кислород. В настоящее время исследуется, как новые данные влияют на взаимосвязь циклов углерода и серы и их связь с климатически значимыми процессами.