Обнаружены новые виды морского фитопланктона с симбионтом, производящим «удобрение»
Команда исследователей из Центра микробной океанографии: исследований и образования (C-MORE) Университета Гавайев в Маноа совместно с коллегами из Калифорнийского университета в Санта-Круз и Университета штата Калифорния в Сан-Маркос объявила об открытии двух новых и необычных видов диатомовых водорослей (фитопланктона) в водах Гавайев. Было также установлено, что эти организмы фиксируют азот — критически важный процесс преобразования газообразного азота в форму, поддерживающую продуктивность в бедных питательными веществами водах открытого океана, где они обитают. Результаты опубликованы в Nature Communications.
Диатомовые водоросли, с их сложноузорчатыми клеточными стенками из стекловидного кремнезёма, — одни из самых известных и харизматичных представителей фитопланктона. Они лучше всего растут в условиях, богатых питательными веществами. В бедных питательными веществами водах открытого океана вокруг Гавайев диатомеям сложно получить достаточно азота для роста.
Чтобы решить эту проблему, некоторые диатомеи установили симбиотические отношения с азотфиксирующими цианобактериями. Эти особые эндосимбиотические цианобактерии могут поглощать растворённый газообразный азот — которого много в морской воде, но он недоступен для диатомей — и превращать его в аммиак, форму азота, которую диатомеи могут легко использовать, но которая в открытом океане чрезвычайно редка. Размещая цианобактерии внутри своих «стеклянных домиков», диатомеи получают собственные генераторы азота. Они становятся самоудобряющейся системой.
Обнаружение почти невидимого
«Океанографы знали об этих симбиозах диатомей и цианобактерий в водах вокруг Гавайев много лет, но виды, которые мы обнаружили, — нечто совершенно иное», — сказал Кристофер Шварц, исследователь C-MORE и ведущий автор исследования.
Более известные примеры таких симбиозов очень легко заметить под микроскопом, потому что диатомовые-хозяева — это крупные «центрические» клетки с радиальной симметрией, а живущие внутри них эндосимбиотические цианобактерии образуют цепочки клеток, которые при освещении синим светом испускают яркое желто-оранжевое флуоресцентное свечение.
Новые виды диатомей, выделенные Шварцем, меньше по размеру и принадлежат к другой линии, имеющей удлинённую форму с двусторонней симметрией. Их симбионты также меньше, одноклеточные и не светятся в флуоресцентном свете, поскольку не содержат хлорофилла, что делает их почти невидимыми внутри диатомеи. Вероятно, это объясняет, почему они так долго оставались незамеченными. Шварц обнаружил новые виды, добавив образцы морской воды в бедную азотом питательную среду в лаборатории, а затем тщательно изучая культуры под микроскопом в течение недель и месяцев, чтобы увидеть, какие виды фитопланктона будут расти.
«Результаты стали неожиданностью, — сказал Григ Стюард, профессор UH Mānoa, работавший с Шварцем над проектом. — Новые диатомеи родственны видам, обнаруженным в пресной воде. Мы и не подозревали, что найдём их родственников, процветающих далеко в открытом море. Работа Криса — важное напоминание о том, сколько ещё можно узнать, проявив немного терпения и внимательности».
Необычные паттерны
Ещё одним сюрпризом стали результаты измерения суточных паттернов фиксации азота в культурах. Ранее изученные виды, как правило, концентрируют свою азотфиксирующую активность либо днём, либо ночью, но не одновременно.
«У этих новых видов мы обнаружили необычный гибридный паттерн, — сказал Сэм Уилсон, исследователь C-MORE, который возглавил работу по измерению скорости фиксации азота в культурах с использованием специально созданного оборудования. — Эти клетки начинают фиксировать азот в темноте около полуночи и продолжают всё утро, день и ранний вечер. Затем они делают шестичасовой перерыв около заката. Мы пока не знаем, почему они это делают, но обнаружение этого странного паттерна захватывает, потому что означает, что мы вот-вот узнаем что-то новое об этом старом процессе».