Микробы, живущие за счёт воздуха, — глобальное явление
Исследователи из UNSW обнаружили, что их предыдущее открытие бактерий, живущих за счёт воздуха в Антарктиде, скорее всего, является процессом, происходящим по всему миру, что дополнительно подтверждает потенциальное существование микробной жизни на других планетах.
В своём первом последующем исследовании после известной работы 2017 года, показавшей, что микробы в Антарктиде обладают уникальной способностью по сути жить на воздухе, исследователи из UNSW Sydney теперь обнаружили, что этот процесс происходит в почвах трёх полярных регионов мира.
В частности, исследователи обнаружили, что целевые гены, ответственные за открытое ими явление атмосферного хемосинтеза, многочисленны и широко распространены в полярных почвах Антарктики, Арктики и Тибетского плато в Гиндукуше и Гималаях.
Новое исследование было опубликовано в журнале Frontiers в этом месяце и стало результатом сотрудничества между UNSW, Австралийским антарктическим подразделением и Китайским институтом исследований Тибетского плато.
Старший автор исследования, доцент Белинда Феррари из UNSW Science, заявила, что жизнь за счёт воздуха — настолько минималистичный способ выживания, что их открытие повышает вероятность существования микробной жизни на других планетах.
Профессор Феррари отметила, что их открытие означает, что микробы, использующие следовые газы в качестве источника энергии и углерода для роста — в отличие от фотосинтеза, использующего свет, — не являются процессом, изолированным в Антарктиде.
«Мы думаем, что этот процесс происходит одновременно с фотосинтезом, когда условия меняются, например, во время полярной зимы, когда нет света, но мы планируем подтвердить эту гипотезу на следующем этапе нашего исследования. Таким образом, хотя необходима дополнительная работа, чтобы подтвердить, что эта активность происходит в глобальном масштабе, тот факт, что мы обнаружили целевые гены в почвах трёх полюсов, означает, что этот новый процесс, вероятно, происходит в холодных пустынях по всему миру, но до сих пор просто упускался из виду».
Анализ почвы Антарктики, Арктики и Тибетского плато
Исследователи проанализировали 122 образца почвы из 14 наземных участков холодных пустынь в Антарктике (острова Уиндмилл и холмы Вестфолл), высокоширотной Арктике и на Тибетском плато, собранные в период с 2005 по 2019 год.
Ведущий автор исследования, аспирант UNSW Анжелика Рэй, заявила, что одним из главных вопросов команды после завершения предыдущего исследования было то, происходит ли этот новый процесс атмосферного хемосинтеза (также известного как фиксация углерода или поглотитель углерода) аналогичным образом в других местах по всему миру.
Исследователи извлекли ДНК из образцов почвы, а затем секвенировали ДНК, чтобы обнаружить целевые гены, ответственные за процесс фиксации углерода.
Учёные также провели экологический анализ каждого места, чтобы оценить условия, в которых жили микробы.
«Мы сопоставили целевые гены для процесса фиксации углерода с различными участками и обнаружили, что в местах, которые более сухие и бедны питательными веществами — углеродом и азотом, — существует больший потенциал для поддержания этого процесса, что имело смысл».
Открытия изменят представления о фиксации углерода
Профессор Феррари заявила, что результаты исследователей изменят представление учёных об ограничениях, необходимых для существования жизни, а также о том, как преподаётся микробиология.
«До того, как мы открыли этот новый процесс поглощения углерода, двумя основными известными формами хемотрофии были фотосинтез и геотермальная хемотрофия — последняя — это когда бактерии используют неорганические соединения, такие как сероводород, для фиксации углерода. Но теперь мы обнаружили, что гены, участвующие в этом процессе, многочисленны в холодных пустынях, и хотя нам ещё предстоит изучить жаркие пустыни, наше открытие, вероятно, указывает на то, что атмосферный хемосинтез вносит вклад в глобальный углеродный бюджет».
Профессор Феррари отметила, что, вероятно, бактерии, выживающие только за счёт воздуха, стали ключевыми игроками в средах, в которых они обитают.
«Многие из этих экосистем довольно сухие и бедны питательными веществами — поэтому в этих местах в основном доминируют бактерии. Поскольку эти бактерии адаптировались к выживанию и обладают способностью использовать следовые газы для жизни, их среда отобрала их, чтобы они стали значимыми участниками своих экосистем».
Профессор Феррари сказала, что исследователи с нетерпением ждут новых открытий в области фиксации углерода.
«В рамках следующего этапа мы планируем выделить одну из этих новых бактерий в лаборатории — чтобы получить чистую культуру. Это сложно, потому что бактерии привыкли расти на очень малом количестве ресурсов, а агаровая пластина отличается от их естественной среды. Надеюсь, тогда мы сможем полностью понять условия, необходимые этим бактериям для осуществления этого уникального процесса жизни за счёт воздуха».