Моллюски и губки в глубоком море могут процветать на нефти благодаря симбиотическим бактериям
На асфальтовых вулканах в Мексиканском заливе, извергающих нефть, газ и гудрон, мидии и губки живут в симбиозе с бактериями, которые снабжают их пищей. Учёные из Института морской микробиологии Общества Макса Планка и их коллеги из США обнаружили, что глубоководные животные живут в симбиозе с бактериями, использующими нефть как источник энергии и, по-видимому, процветающими за счёт короткоцепочечных алканов в нефти. По мнению исследователей, близкородственные симбионтам бактерии, которые активно размножались во время разлива нефти Deepwater Horizon, использовали эту способность для разложения нефти в море.
Симбиотические бактерии используют новый источник энергии и углерода
Асфальтовые вулканы холмов Кампече на глубине около 3000 метров в Мексиканском заливе являются домом для процветающего биологического сообщества. Чем же питаются эти организмы?
«Они не могут есть асфальт или нефть, а другие источники пищи в глубоком море редки», — объясняет Максим Рубин-Блум. «Однако некоторые животные установили симбиотические отношения с бактериями, и некоторые из этих симбионтов могут извлекать энергию и углерод из нефти».
Избалованные «разрушители колец»
Эти разлагающие нефть бактерии относятся к роду Cycloclasticus. Их название означает «разрушитель колец» и описывает их способность разлагать нефть, расщепляя трудноразрушимые кольцевые структуры в нефти — полициклические ароматические углеводороды (ПАУ).
Симбиотические Cycloclasticus, обнаруженные бременскими исследователями в мидиях и губках с асфальтовых вулканов, больше не утруждают себя разложением ПАУ. Они облегчили себе жизнь, специализируясь на легко разлагаемых компонентах нефти — природных газах, таких как бутан, этан и пропан, называемых короткоцепочечными алканами. «Эти микроорганизмы больше не разлагают ПАУ, потому что они утратили гены, необходимые для этого», — объясняет Рубин-Блум. Это первое открытие бактерий Cycloclasticus, которые больше не могут разлагать ПАУ и вместо этого получают всю энергию и углерод из короткоцепочечных алканов.
«Мы считаем, что они могут позволить себе эту "роскошь" только благодаря симбиозу с мидиями и губками», — объясняет Николь Дубилье. «Эти хозяева обеспечивают симбиотических Cycloclasticus постоянным запасом короткоцепочечных алканов благодаря постоянной фильтрации окружающей морской воды».
«Это первый случай, когда описана симбиоз, основанный на короткоцепочечных алканах», — добавляет Рубин-Блум. Это исследование расширяет спектр известных веществ, которые могут питать хемосинтетические симбиозы.
Свободноживущие родственники: удовольствие прежде дела
Рубин-Блум, Дубилье и их коллеги сравнили геномы симбиотических бактерий с близкородственными свободноживущими видами Cycloclasticus. Последние активно размножались в Мексиканском заливе после катастрофы Deepwater Horizon. Исследователи с удивлением обнаружили, что некоторые свободноживущие Cycloclasticus также могут разлагать короткоцепочечные алканы.
«Это было неожиданно, так как до сих пор считалось, что Cycloclasticus могут жить только за счёт ПАУ», — объясняет Дубилье. В отличие от симбиотических Cycloclasticus, их свободноживущие родственники по-прежнему способны использовать ПАУ. «Это позволяет им оставаться гибкими. Когда короткоцепочечные "лакомства" заканчиваются, они всё ещё могут разлагать гораздо более жёсткие ПАУ», — говорит Дубилье.
«Cycloclasticus явно является ключевым игроком в морском разложении нефти, — добавляет Рубин-Блум. — Поэтому мы теперь планируем более подробно сравнить физиологию и метаболизм симбиотических и свободноживущих Cycloclasticus, чтобы больше узнать о том, как они способствуют разложению углеводородов в океанах».