Ультрамалые микроорганизмы вносят значительный вклад в глобальные углеродные циклы

Учёные сообщают, что ультрамалые микроорганизмы вносят больший вклад в глобальные углеродные циклы, чем считалось ранее, и имеют решающее значение для здоровья океанов.

За последние пять лет учёные обнаружили ошеломляющее количество ультрамалых микроорганизмов, удвоив число известных линий. Из-за их крайне малого размера считалось, что эти наноорганизмы имеют редуцированные геномы и лишены белков, необходимых для осуществления более сложных метаболических процессов. Однако, как сообщается в последнем выпуске журнала Genome Biology and Evolution, исследователи из Университета Сорбонны и Открытого университета показывают, что некоторые ультрамалые микробы действительно участвуют в сложных метаболических процессах.

Вся жизнь на Земле в конечном итоге поддерживается организмами, такими как растения и бактерии, которые преобразуют диоксид углерода в органические формы в процессе, известном как фиксация углерода. Хотя фиксация углерода при фотосинтезе является наиболее известным механизмом, в природе существует всего шесть путей фиксации углерода, которые различаются по химическим реакциям и используемым ферментам.

Используя метагеномные данные, собранные на борту шхуны Tara в рамках проекта Tara Oceans, исследователи во главе с Эриком Баптестом выявили «новые ультрамалые прокариоты с необычной биологией», включая тех, кто может быть ключевым игроком в глобальных климатических циклах.

После идентификации последовательностей в образцах окружающей среды, вероятно принадлежащих ультрамалым микробам, исследователи обнаружили более 20 000 генов, участвующих в фиксации углерода. Это означает, что, вопреки прежним предположениям, такие наноорганизмы, вероятно, вносят значительный вклад в глобальный круговорот углерода и пищевые цепи.

Картик Анантараман, исследователь из Университета Висконсина, не участвовавший в исследовании, отмечает: «Учитывая, что мы даже не знали о существовании таких организмов, это может потребовать фундаментального пересмотра морской микробиологии и включения ультрамалых микроорганизмов и их роли в модели углеродного цикла океана».

Гены фиксации углерода были обнаружены не только в микробных линиях, известных наличием нано-линий, но и в некоторых микробных группах, ранее не известных наличием таких крошечных представителей. По словам Баптеста, «этот образ жизни (быть очень маленьким по размеру), возможно, более широко распространён, чем предполагается в настоящее время, с недооценённым разнообразием сверхмалых клеток в океанах».

Кроме того, Анантараман отмечает, что исследование также поднимает вопросы относительно «участия этих микроорганизмов в других биогеохимических циклах, таких как азотный и серный, которые имеют решающее значение для здоровья океанов».

Несмотря на множество неопределённостей, Анантараман считает, что «это фантастическое первое исследование, которое закладывает основу для будущих исследований с использованием подходов нового поколения -омикс, таких как геномно-разрешающая метагеномика, транскриптомика, протеомика и метаболомика ультрамалых организмов».

Для Баптеста будущие исследования будут сосредоточены на сборке индивидуальных геномов ультрамалых микробов и определении того, являются ли клетки, содержащие эти гены фиксации углерода, самостоятельными микробами или членами более крупных метаболических коллективов, в которых разные клетки вносят разные ферменты в процесс фиксации углерода.