Исследование обнаруживает огромное разнообразие и взаимозависимость в сообществах микроорганизмов на больших глубинах и при высоких температурах

Новое исследование учёных из Портлендского государственного университета и Университета Висконсина показало, что в высокотемпературных геотермальных условиях глубоководных гидротермальных источников обитает богатое разнообразие микроорганизмов, живущих во взаимозависимых сообществах. Исследование, опубликованное в журнале Microbiome, возглавила Анна-Луиз Рейсенбах, профессор биологии Портлендского государственного университета.

Когда флюид температурой 350–400°C, выходящий из земной коры через глубоководные гидротермальные источники, смешивается с морской водой, образуются крупные пористые породы, часто называемые «трубами» или гидротермальными отложениями. Эти структуры колонизируются микробами, процветающими в высокотемпературной среде. Десятилетиями Рейсенбах собирала образцы таких «труб» со всего мира, а её лаборатория использует методы генетического профилирования и культивирования для изучения микробного разнообразия в этих сообществах.

В новой работе команда смогла использовать достижения в методах молекулярной биологии для секвенирования полных геномов микробов этих сообществ, чтобы больше узнать об их разнообразии и взаимосвязанных экосистемах.

Ошеломляющее разнообразие

Команда сконструировала геномы 3635 бактерий и архей из 40 различных каменных сообществ. Уровень разнообразия был ошеломляющим и значительно расширяет представления о том, сколько различных типов бактерий и архей существует. Исследователи обнаружили как минимум 500 новых родов (таксономический уровень выше вида) и получили свидетельства существования двух новых типов (phyla) (на пять уровней выше вида).

Также были обнаружены «горячие точки» микробного разнообразия. Например, образцы из подводного вулкана Бразерс, расположенного у побережья Новой Зеландии, были особенно обогащены различными видами микроорганизмов, многие из которых эндемичны для этого вулкана. «Это биоразнообразие было просто огромным, за пределами графиков», — отмечает Рейсенбах. Это открытие позволяет предположить, что повышенная сложность подповерхностных пород вулкана делает их более вероятным местом обитания разнообразных микробных видов по сравнению с глубоководными гидротермальными источниками.

Взаимозависимые сообщества

Помимо огромного биоразнообразия, геномные данные показали, что многие из этих организмов зависят друг от друга в выживании. Анализ геномов выявил, что некоторые микроорганизмы не могут самостоятельно метаболизировать все необходимые для жизни питательные вещества и полагаются на вещества, производимые другими видами, в процессе, известном как «метаболическая передача».

«Глядя на эти геномы, мы действительно получили гораздо лучшее понимание того, чем занимаются многие из этих микроорганизмов и как они взаимодействуют, — говорит Рейсенбах. — Они живут сообща; они делятся пищей друг с другом».

Это исследование вдохновило на новый этап работы: углублённое изучение взаимодействий между этими глубоководными микроорганизмами. Рейсенбах стремится культивировать их в лаборатории, чтобы наблюдать за ними под микроскопом и понять, нуждаются ли они в соседстве с другими организмами для жизни.