Бактерии, найденные в шлейфах глубоководных жерл, показывают, как распространялась древняя жизнь

Облачный материал, который дрейфует из дымоходов на дне океана, может содержать микроскопические формы жизни, о существовании которых ученые даже не подозревали. Новое исследование на эту тему было опубликовано в журнале Nature Microbiology.

Гребни океанского дна усеяны трещинами, называемыми гидротермальными жерлами, которые извергают в океан горячие глубоководные жидкости, содержащие сероводород, метан и водород.

Вокруг теплой периферии этих динамических дозаторов питательных веществ ютится целая группа голодных и загадочных микробов, которые используют химические вещества, распространяющиеся из вентиляционного отверстия, чтобы процветать в отсутствие солнечного света или достаточного количества кислорода.

Но это могут быть не единственные ниши, обеспечиваемые вентиляционными отверстиями, в которых микробы влачат существование.

Новое исследование выявило род под названием Sulfurimonas, который может не только процветать вокруг гидротермальных жерл, но и жить в более холодных и насыщенных кислородом шлейфах, вырывающихся выше.

Эти дымчатые облака могут тянуться вверх на сотни метров и наружу на километры. Они возникают, когда горячая магма смешивается с холодной морской водой, и содержат совершенно другой набор химических веществ, чем гидротермальные источники, из которых они берут начало.

Sulfurimonas, как известно, является доминирующим игроком вокруг гидротермальных жерл, легко выживает в теплой и обедненной кислородом воде и использует сульфид, выделяемый из жерл, для получения энергии, но эти новые данные свидетельствуют о том, что некоторые виды эволюционировали, чтобы фактически подняться вместе с шлейфами.

В предыдущих исследованиях были взяты образцы верхушек гидротермальных шлейфов и обнаружены генетические признаки Sulfurimonas, но считалось, что бактерии на самом деле не растут в облаке. Считалось, что шлейфы слишком холодные и насыщенные кислородом.

«Предполагалось, что бактерии попали туда из среды, связанной с жерлами морского дна», — объясняет морской микробиолог Массимилиано Молари из Института Макса Планка в Германии. «Но мы задались вопросом, могут ли шлейфы действительно быть подходящей средой для некоторых членов группы Sulfurimonas».

Отбор проб гидротермальных шлейфов – сложная работа. Требуются экспедиции в отдаленные районы океана, где постепенно раздвигаются границы тектонических плит.

Эти регионы нелегко найти, и даже когда они найдены, отбор проб гидротермального шлейфа затруднен, когда он находится на глубине более 2500 метров (около 8200 футов) ниже арктического морского льда или белых шапок бурных волн.

Нынешнее исследование является первым, в котором напрямую проверяется, обеспечивают ли вершины этих шлейфов подходящую среду обитания для Sulfurimonas.

Отбор проб производился в центральной части Северного Ледовитого океана, а также в южной части Атлантического океана.

Секвенирование генома выявило один конкретный вид, названный Sulfurimonas pluma , который был «глобально многочисленным и активным в холодных (менее 0–4 градусов по Цельсию), насыщенных кислородом и богатых водородом гидротермальных шлейфах».

В отличие от других видов Sulfurimonas, геном S. pluma показал признаки аэробного метаболизма, рост которого зависит от кислорода.

Бактерия также, по-видимому, потеряла способность восстанавливать нитраты, которые этот род обычно использует вместо кислорода, живя вокруг гидротермальных источников.

Необходимы дальнейшие исследования, чтобы выяснить, какие металлы и соединения способствуют росту S. pluma в почти замерзающих шлейфах дрейфующего материала, но, согласно новым результатам, это кажется подходящей средой для жизни и размножения бактерий.

Считается, что другие признаки бактерий в гидротермальных шлейфах исходят из окружающей морской воды, а не из гидротермальных жерл. Это может быть верно для S. pluma, но также может быть так, что эта бактерия является «переходным» видом. Это может объяснить, как некоторые из древнейших форм жизни в океане (возрастом, возможно, более 4 миллиардов лет) эволюционировали, чтобы отплыть от гидротермальных жерл и поселиться в другом месте.

«Мы считаем, что гидротермальный шлейф не только рассеивает микроорганизмы из гидротермальных жерл, но также может экологически связать открытый океан с местами обитания на морском дне», — говорит Молари.

«Наш филогенетический анализ предполагает, что Sulfurimonas pluma могла произойти от предка, связанного с гидротермальными жерлами, который приобрел более высокую устойчивость к кислороду, а затем распространился по океанам».

Молари и его коллеги говорят, что их открытия открыли «новые парадигмы микробной экологии» моря, открыв новую нишу для большого количества бактерий, обитающих в океанах по всему миру.