Живая пустыня под землей
Под холмистыми лугами юго-восточной Аризоны скрывается мир вечной темноты: пещеры Картчнер, известняковая система, знаменитая нетронутыми образованиями, которые формировались тысячелетиями. Вне досягаемости солнечного света пещеры, казалось бы, лишены жизни, но новое исследование Университета Аризоны, опубликованное в журнале Международного общества микробной экологии, показывает, что они кишат неожиданным разнообразием микроорганизмов, сопоставимым с сообществами на поверхности.
«Мы обнаружили всех основных игроков, составляющих типичную экосистему: от продуцентов до консументов. Они все там, просто не видны невооруженным глазом», — говорит Джули Нейлсон, научный сотрудник Колледжа сельского хозяйства и наук о жизни UA.
В отличие от поверхностных организмов, пещерные микробы не могут использовать энергию солнечного света. Исследователи обнаружили, что бактерии существуют за счет воды, просачивающейся через трещины в скале, и извлекают энергию из соединений, выщелачиваемых из разлагающейся органики в почве выше, и минералов в трещинах породы.
«Картчнер уникален, потому что это пещера в пустынной экосистеме. В ней примерно в тысячу раз меньше углерода, поступающего с капельной водой, чем в пещерах умеренных зон», — объясняет Нейлсон.
Пещерные микробы выживают на крайне ограниченных ресурсах. Вместо органического углерода они используют энергию азотсодержащих соединений, таких как аммиак и нитрит, чтобы преобразовывать CO2 из воздуха в биомассу. Исследователи нашли доказательства использования микробами всех шести известных путей фиксации углерода. Некоторые даже «едят» породу, извлекая энергию из соединений марганца или пирита.
Команда ожидала, что микробное разнообразие в пещере будет лишь малой долей от поверхностного. «Вместо этого мы обнаружили, что пещера примерно в два раза менее разнообразна, чем наземная среда, но при этом две экосистемы разделяют только 16% микробных видов. Разница в 84% — это удивительно», — говорит Райна Майер, главный исследователь проекта.
Анализ ДНК, собранной со сталактитов, выявил, что 20% бактерий не могут быть идентифицированы из-за отсутствия близких аналогов в базах данных. На одном сталактите был найден редкий организм из группы SBR1093, составлявший 10% местной популяции. Ранее его ДНК-последовательность находили лишь трижды в истории: в строматолите в гиперсоленых водах Австралии, на загрязненном углеводородами участке во Франции и на очистных сооружениях в Брисбене.
Самым распространенным микробом в исследовании оказался близкий родственник организма, производящего антибиотик эритромицин. Это указывает на потенциал таких экстремальных сред для открытия новых микроорганизмов с возможным применением в биоремедиации или фармакологии.
Исследование имеет значение далеко за пределами Картчнера, вплоть до поиска жизни на других планетах. «Микробы завоевали каждую экологическую нишу на планете. Когда думаешь об исследовании Марса и всех тех clever стратегиях, которые микробы эволюционировали за 4 миллиарда лет, я не удивлюсь, если мы найдем их где-то еще, если просто продолжим искать», — заключает Майер.