Выживание за счёт утилизации под морским дном
Микроорганизмы, обитающие в осадках под морским дном, получают питательные вещества, используя секретируемые ферменты для разложения поглощённого детрита. Новое исследование показывает, что для выживания в течение длительных периодов микроорганизмы поедают друг друга после смерти.
Осадки под океанами содержат разнообразные микробные сообщества. Многие организмы в этой холодной, бескислородной среде зависят от органического вещества. Морские осадки — крупнейший резервуар органического углерода на Земле, и понимание динамики его переработки важно для оценки влияния глобального потепления. Большая часть углерода в осадках представлена детритными белками и углеводами, но мало известно о микробных группах, ответственных за их разложение.
Чтобы восполнить этот пробел, Уильям Орси, профессор геомикробиологии в LMU, охарактеризовал эти группы, проанализировав на генетическом уровне ферменты, которые они секретируют в окружающую среду. Результаты опубликованы в журнале Nature Microbiology.
Микроорганизмы используют внеклеточные ферменты для химического разложения органических веществ. Продукты распада поглощаются и служат источниками энергии и строительными блоками. Все ферменты, предназначенные для экспорта, содержат короткую последовательность аминокислот, которая служит меткой для секреторного аппарата. Фрагменты РНК из осадков можно амплифицировать и проанализировать в лаборатории, получив информацию о последовательностях, кодирующих эти ферменты.
«Используя новый биоинформатический метод, мы искали эволюционно консервативные, а значит, функционально важные мотивы аминокислотных последовательностей в этих метках. Это позволило нам впервые не только вывести функции ферментов из генетических данных, но и идентифицировать именно те ферменты, которые секретируются клетками в этих осадках», — объясняет Орси.
Исследователи использовали данные секвенирования РНК, полученные ранее из глубоководной скважины у побережья Перу. Новые результаты показывают, что бактерии, археи и грибы, погребённые в осадках, производят и секретируют уникальный набор ферментов. Эти катализаторы способны разлагать биомолекулы, связанные с осадочными отложениями, такие как углеводы, липиды и белки, а также извлекать питательные вещества из мёртвых клеток.
«Многие ферменты, синтезируемые и секретируемые грибковыми клетками, специфически атакуют клеточные стенки архей, в то время как многие внеклеточные ферменты, выделяемые бактериями, могут разрушать клеточные стенки грибов», — говорит Орси. Другими словами, разные классы микробов, по-видимому, «каннибализируют» останки друг друга. Вероятно, микроорганизмы используют эту «некромассу» как источник углерода и энергии, что позволяет им выживать в этой враждебной бескислородной зоне, вдали от солнечного света. Самые древние осадки в керне были извлечены с глубины 159 метров ниже морского дна и имеют возраст 2,8 миллиона лет.
Теперь исследователи хотят выяснить, сколько углерода перерабатывается различными группами организмов, чтобы оценить их индивидуальный вклад в глобальный углеродный цикл. «Наши данные можно будет включить в биогеохимические модели, что повысит их прогностическую силу», — заключает Орси.