Микробы, любящие рассолы, раскрывают секреты успеха в химически экстремальных средах

Ученые завершили первое исследование микробов, обитающих в "трубопроводах" глубоководных грязевых вулканов в Мексиканском заливе, где условия могут напоминать внеземные среды и раннюю Землю. Исследование, частично финансируемое NSF, проводилось в районе, где скопления придонных источников извергают грязь, нефть, рассолы и газы, поддерживающие пищевые цепи независимо от Солнца.

Специализированные микробы процветают в суровых условиях

Команда под руководством Саманты Джой из Университета Джорджии собрала образцы жидкости из кратера активного, пузырящегося грязевого вулкана и из рассольного бассейна, который ранее был грязевым вулканом. Рассольные бассейны — это водоемы с гиперсоленой водой, заполняющие впадину на морском дне, не смешиваясь с вышележащей морской водой. Эти экосистемы, которые редко изучались микробиологами, особенно враждебны для большей части жизни, поскольку лишены света и кислорода, сверхсолены и насыщены ядовитыми газами.

Тем не менее, исследователи обнаружили, что и грязевой вулкан, и рассольный бассейн поддерживают динамичные микробные сообщества. Эти сообщества не только отличаются друг от друга, но и от сообществ в окружающем океане. Результаты исследования, опубликованные 6 апреля в Nature Geosciences, имеют значение для понимания жизни повсюду — от ранней Земли до Марса и лун в нашей Солнечной системе, таких как Европа Юпитера, где схожие экстремальные условия могут поддерживать микробиологическую жизнь.

Внеземные пейзажи

Чтобы достичь объектов, Джой и ее коллеги погрузились на глубину 600 метров в исследовательском подводном аппарате. Она описывает свои места исследований, расположенные примерно в 120 км друг от друга, как пир для чувств: "Возле грязевых вулканов мы видели густые шлейфы газовых пузырей, вырывающихся из кипящих грязевых котлов, похожих на те, что в Йеллоустонском национальном парке. Эти газовые шлейфы, состоящие в основном из метана, простирались на сотни метров от морского дна".

В районе исследований наблюдались причудливые явления — от "танцующих" угрей, следовавших за иллюминатором аппарата, до 50-футового вулканического кратера, заполненного серными минералами и красноватой микробной слизью. "Это те сцены, которые, как я представляю, могут существовать на далеких планетах", — сказала Джой.

Адаптация к изменениям

Условия на грязевых вулканах демонстрируют огромные краткосрочные вариации: извержения происходят ежедневно, ежемесячно или реже. Более того, общая продолжительность жизни грязевого вулкана или рассольного бассейна невелика по геологическим меркам — порядка десятков тысяч лет. После затухания вулкана его кратеры сохраняются и могут заполняться высокосоленой жидкостью, поднявшейся вместе с нефтью и газом из подстилающих соляных куполов, формируя рассольный бассейн.

Другие находки

Команда также обнаружила, что распределение по глубине и интенсивность ключевых метаболических процессов, осуществляемых микробными сообществами, уникальны для каждого типа геологических объектов. "Мы считаем, что состав микробных сообществ и их метаболизм связаны с различиями в геохимии, а также интенсивности и частоте выброса флюидов между участками", — сказала Джой.

Выбор мест исследования

Из всех неисследованных морских сред команда выбрала грязевой вулкан и рассольный бассейн, потому что оба характеризуются выбросами газа и нефти, которые обеспечивают пищу и энергию микробам в глубоких, лишенных света средах. Кроме того, как и ожидала Джой, особо суровые условия высокой солености рассольного бассейна отбирали особенно хорошо адаптированных микробов с отчетливыми паттернами метаболических процессов.

Новые вопросы

Исследование поднимает важные вопросы. Если микробные сообщества уникальны для каждой экстремальной среды, то как микробы из грязевых вулканов изначально достигают и заселяют эти удаленные экосистемы или находят другие вулканы? Ожидают ли они на морском дне, пока не прорвется новый вулкан, или каким-то образом мигрируют между ними? Эти и другие вопросы могут быть решены будущими исследованиями и помогут понять, как могла эволюционировать жизнь на ранней Земле.