Самые маленькие "магазинчики ужасов": голодные зелёные водоросли предпочитают есть бактерии живыми
Новое исследование предполагает, что способность зелёных водорослей поедать бактерии, вероятно, гораздо более распространена, чем считалось ранее. Это открытие может иметь решающее значение для экологии и климатологии. Работа, проведённая учёными из Американского музея естественной истории, Колумбийского университета и Университета Аризоны, показала, что пять штаммов одноклеточных зелёных водорослей потребляют бактерии, когда они "голодны", и только живые бактерии. Исследование опубликовано в The ISME Journal.
"Традиционно мы считаем зелёные водоросли чисто фотосинтезирующими организмами, производящими пищу, поглощая солнечный свет, — говорит Юнсу Ким, один из авторов исследования. — Но мы пришли к пониманию, что существует целый ряд видов зелёных водорослей, которые также могут есть бактерии при определённых условиях. И мы также выяснили, насколько они привередливы в еде".
В 2013 году Ким и её коллеги первыми предоставили окончательные доказательства того, что зелёные водоросли поедают бактерии, показав это на примере водоросли из рода Cymbomonas. Хотя некоторые в научном сообществе рассматривали такое поведение как редкое исключение, лаборатория Кима продолжила исследовать, существует ли миксотрофия — режим, при котором организмы используют как фотосинтез, так и фагоцитоз (поедание клеток) для получения энергии — у других типов зелёных водорослей. Подтвердить это поведение было сложно, пока исследовательская группа не разработала новый экспериментальный подход под руководством Николаса Бока и Софи Шарве.
Исследователи провели эксперименты по кормлению с живыми бактериями, помеченными нетоксичным флуоресцентным красителем. Их смешали с пятью различными штаммами одноклеточных зелёных водорослей-празинофитов и проанализировали с помощью проточного цитометра. Цитометр зафиксировал увеличение уровня зелёной флуоресценции в клетках водорослей с течением времени, что указывало на потребление светящихся бактерий. Чтобы подтвердить, что происходит именно поглощение, исследователи использовали высокоточную микроскопию и установили, что зелёная флуоресценция исходит изнутри клеток водорослей.
В процессе команда обнаружила две особенности привередливых "едоков":
- Протестированные штаммы водорослей ели только живых бактерий (мёртвые бактерии в экспериментах оставались нетронутыми).
- Они ели больше, когда уровень других питательных веществ был низким.
"Традиционно, изучая поглощение бактерий водорослями в океанических пробах, используют флуоресцентно меченые бактерии, убитые в процессе мечения, — говорит Софи Шарве. — По крайней мере, для пяти штаммов водорослей в культуре, они предпочитают питаться живыми бактериями и, кажется, игнорируют убитых. Это означает, что влияние водорослей на бактериальные сообщества в их естественной среде, возможно, было сильно недооценено из-за используемых методов".
Зелёные водоросли распространены по всему миру и являются основой водной пищевой сети. Наряду с другими фотосинтезирующими организмами, такими как цианобактерии, диатомеи и динофлагелляты (которым дают общее название фитопланктон), зелёные водоросли функционируют как своего рода биологический углеродный насос, потребляя углекислый газ в масштабах, сопоставимых с деревьями и другими наземными растениями.
"Десятилетиями учёные могли запускать спутники и получать оптические данные, чтобы определять глобальное распределение фитопланктона по измерениям хлорофилла, — говорит Николас Бок. — Благодаря этому мы поняли, что фитопланктон жизненно важен для углеродного цикла. Предположение во всём этом заключается в том, что весь этот хлорофилл представляет только фотосинтез. Он не учитывает часть миксотрофии, потому что нет простого способа обнаружить [со спутника], едят ли они другие клетки. Наши результаты подчёркивают, что история на самом деле более сложная".
Параллельно с экспериментами, предсказательная модель на основе генов, разработанная Джоном Бёрнсом, также исследовала поедание бактерий зелёными водорослями. Прогнозы согласовались с экспериментальными результатами и показали, что такое поведение ещё более распространено среди эволюционного древа зелёных водорослей.