Живые камни в ЮАР быстро поглощают углерод и растут в суровых условиях
В Южной Африке находятся одни из древнейших свидетельств жизни на Земле, заключённые в каменистых, часто слоистых выходах пород, называемых микробиалитами. Как и коралловые рифы, эти сложные "живые камни" строятся микробами, которые поглощают растворённые минералы и осаждают их в твёрдые образования.
Новое исследование, проведённое учёными из Лаборатории Бигелоу и Университета Родса, показывает, что эти микробиалиты не просто выживают — они процветают.
Работа, опубликованная в Nature Communications, впервые количественно оценивает, как микробиалиты на побережье ЮАР поглощают углерод и превращают его в свежие слои карбоната кальция. Исследование демонстрирует, как эти структуры используют фотосинтез и химические процессы для поглощения углерода днём и ночью, впервые связывая эти скорости с генетическим составом микробного сообщества.
Результаты подчёркивают, насколько эффективны эти микробные маты в удалении растворённого углерода из окружающей среды и его захоронении в стабильных минеральных отложениях.
"Эти древние образования, которые в учебниках называют почти вымершими, живы и, в некоторых случаях, процветают в местах, где вы не ожидаете выживания организмов", — говорит ведущий автор исследования Рэйчел Сиплер.
"Вместо того чтобы найти древние, медленно растущие окаменелости, мы обнаружили, что эти структуры состоят из устойчивых микробных сообществ, способных быстро расти в сложных условиях".
Учёные долго пытались понять, как эти микробные сообщества взаимодействуют со средой, основываясь на данных окаменелых остатков микробиалитов, некоторым из которых миллиарды лет. К счастью, живые микробиалиты всё ещё широко распространены.
Вдохновлённые тем, как эти маты могут производить соединения с прямым применением для человека, Сиплер и её коллеги стремились понять лежащие в основе геохимические процессы. За несколько полевых экспедиций команда изучила четыре системы микробиалитов на юго-востоке ЮАР, где богатая кальцием жёсткая вода просачивается из прибрежных песчаных дюн.
"Системы здесь растут в одних из самых суровых и изменчивых условий", — отмечает Сиплер. "Они могут высохнуть за один день и вырасти на следующий. У них есть невероятная устойчивость, которую было интересно понять".
Команда обнаружила, что эти системы быстро осаждают карбонат кальция, оценив, что структуры могут расти почти на 5 см в высоту каждый год.
Более удивительным стало обнаружение поглощения углерода как днём, так и ночью. Долгое время считалось, что эти системы работают исключительно за счёт фотосинтеза, поэтому, по словам Сиплер, они были удивлены, обнаружив ночные скорости поглощения такими же высокими, как и дневные.
Повторив эксперименты несколько раз, исследователи подтвердили, что микробы используют метаболические процессы, отличные от фотосинтеза, для поглощения углерода в отсутствие света, подобно тому, как выживают микробы, живущие в глубоководных гидротермальных источниках.
Основываясь на суточных скоростях поглощения углерода, команда оценивает, что эти микробиалиты могут поглощать эквивалент 9–16 кг CO2 в год на квадратный метр. Это означает, что площадь размером с теннисный корт поглощает столько же CO2 в год, сколько три акра леса, что делает эти системы одним из самых эффективных биологических механизмов долгосрочного хранения углерода, наблюдаемых в природе.
"Мы так привыкли искать ожидаемое. Если мы не будем осторожны, мы научим себя не замечать уникальные характеристики, которые ведут к настоящему открытию", — говорит Сиплер. "Но мы продолжали выезжать и углубляться в данные, чтобы подтвердить, что находка не является артефактом данных, а невероятным открытием".
Прибрежные марши похожи на микробиалиты тем, что это экосистема микробных матов, поглощающая углерод с аналогичной скоростью. Однако микробы маршей направляют всю эту энергию в органическое вещество, которое может легко разлагаться по сравнению со стабильными минеральными структурами.
Учитывая эти различия, команда продолжает исследовать, как факторы окружающей среды и вариации в присутствующих микробах влияют на судьбу углерода в этих разных микробных системах.
"Если бы мы просто посмотрели на метаболизм, у нас была бы одна часть истории. Если бы мы просто посмотрели на скорость поглощения углерода, у нас была бы другая история. Именно благодаря сочетанию разных подходов и сильного научного любопытства мы смогли построить эту полную картину", — заключает Сиплер.