Новый мир, открытый под землей

Одно из самых детальных генетических исследований любой экосистемы на сегодняшний день выявило невероятное биологическое разнообразие среди подземных бактерий. Исследователи восстановили полные наборы генетического материала, или геномы, более чем 2500 микробов. Эти микробы были взяты из образцов осадочных пород и грунтовых вод, собранных на подверженном наводнениям участке в Колорадо. Эти геномы представляют 80% всех известных бактериальных типов (филумов).

Анализ показал, что для поддержания циклов углерода, серы и азота необходимы взаимодействия между организмами. Кроме того, анализ выявил, что сложные паттерны формирования сообществ, вероятно, являются ключом к функционированию и устойчивости экосистемы.

Это исследование почти удвоило количество известных бактериальных групп. Оно также предоставило подробную информацию об экосистемных ролях организмов из этих групп. Кроме того, это исследование значительно расширило наше понимание подземной биологии. Оно будет стимулировать новые подходы к моделированию экосистем. Сами геномы представляют собой настоящую сокровищницу, которую учёные будут использовать в биотехнологии, где бактерии и другие организмы применяются для переработки отходов или выполнения других задач.

Подземный мир содержит до одной пятой всей биомассы, включая микробные сообщества, которые управляют преобразованиями, центральными для биогеохимических циклов Земли. Однако мало что известно о том, как структурированы сложные микробные сообщества в таких средах и как межорганизменные взаимодействия формируют функцию экосистемы.

Команда исследователей под руководством Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли и Калифорнийского университета в Беркли применила метагеномику в терабайтном масштабе, не связанную с культивированием, к образцам осадочных пород и грунтовых вод из водоносного горизонта. Было реконструировано 2540 высококачественных, почти полных и полных геномов с разрешением на уровне штаммов, которые представляют большинство известных бактериальных типов. Некоторые из этих геномов происходят от 47 вновь обнаруженных линий на уровне филума.

Учёные использовали метаболический анализ, охватывающий это огромное филогенетическое разнообразие и представляющий до 36% организмов, обнаруженных в системе, чтобы задокументировать распределение метаболических путей у сосуществующих организмов. В соответствии с предыдущими выводами, указывающими на метаболические "передачи" в простых консорциумах, это исследование показывает, что несколько организмов внутри сообщества осуществляют множественные последовательные редокс-преобразования. По мере изменения условий окружающей среды отбираются различные совокупности организмов, чтобы изменить связи между основными биогеохимическими циклами.