Мікроби були бездіяльними понад 100 мільйонів років, але вони змогли повернутися до життя

На дні океану в південній частині Тихого океану є шар осаду, який є одним із середовищ на Землі з найбільшою кількістю поживних речовин. Через умови в цій місцевості майже немає «морського снігу» — дощу органічного сміття, поширеного в океані, — який падає на дно океану. Без того органічного сміття, яке падає на підлогу, там відчувається серйозна нестача поживних речовин, і це робить це одне з найменш гостинних місць на Землі.

Команда дослідників взяла зразки осаду з цієї області та витягла мікробів віком 101,5 мільйона років. Коли вони «годували» цих мікробів, вони поверталися до життя.

Результати розширюють наші знання про життя мікробів і про те, як довго воно може бути бездіяльним, якщо умови змушують його бути.

Океан може бути схожий на ліс. У лісі листя та сміття накопичуються на лісовій підстилці, забезпечуючи багате живлення для мікробів та інших істот. В океані гинуть і дрейфують на дно океану не листя, а мертві рослини, тварини та інший матеріал біля поверхні океану. Це морський сніг матеріал утворює шар багатої поживними речовинами слизу, товщина якого може становити кілька метрів. Так енергія рухається від добре освітленої поверхні океанів до темних глибин.

Морський сніг — це дощ з органічних речовин, що падає з освітлених сонцем ділянок поверхні океану до темних глибин. Авторство зображення: Національна океанічна служба NOAA – витягнуто з цього зображення Commons (див. [1]), Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=86227762

NOAA (Національне управління океанічних і атмосферних досліджень) стверджує, що близько 75% океанського дна вкрите цією мулом, і в деяких місцях вона дуже густа. Кажуть також, що він може виростати на шість метрів кожен мільйон років. Але в цій області його накопичується лише 1-2 метри на кожен мільйон років. Оскільки він накопичується тут так повільно, стародавні шари закопані не так глибоко, а є більш доступними. Це все ще непросто, оскільки деякі зразки були взяті у воді глибиною понад 5 км (3,1 милі).

У цьому дослідженні команда зібрала зразки бідної киснем мулу, вік якої становить близько 101,5 мільйона років. Потім у лабораторних умовах вони піддали мікроби впливу поживних речовин і кисню. Вони повернулися до життя і зайняті тим, що роблять мікроби: живленням і розмноженням.

«Вони зберегли своє життя цілих 100 мільйонів років».

Юкі Мороно, провідний автор, JAMSTEC

Результати цього дослідження представлені в новій статті під назвою « Аеробне мікробне життя зберігається в кисневому морському осаді віком 101,5 мільйона років ». Провідний автор — Юкі Мороно, геомікробіолог з Японського агентства морської науки та технологій. Стаття опублікована в журналі Nature Communications.

«Наше головне питання полягало в тому, чи може існувати життя в такому середовищі з дуже обмеженими поживними речовинами», – сказав провідний автор дослідження Мороно. «Ми боролися з тим, наскільки низько мікроби можуть підтримувати своє життя майже за відсутності їжі».

Зразки осадів були зібрані в 2010 р Комплексна програма відкриття океану (IODP) Експедиція 329 . Ці зразки є найстарішими морськими зразками, які коли-небудь досліджували, і вони були оброблені в лабораторії з дотриманням суворих правил біологічної безпеки. У лабораторії їх інкубували і згодовували вуглецевим і азотним субстратами. Вуглець і азот були мічені ізотопами, щоб споживання можна було відстежити за допомогою нанометрової вторинної іонної мас-спектрометрії (NanoSIMS).

Зразки підводного дна в цьому дослідженні були зібрані в 2010 році під час двомісячної експедиції через південно-тихоокеанський круговорот. Експедиція стартувала з Таїті і випробувала кілька місць на шляху до Нової Зеландії. Автор зображення: IODP JRSO

Через 68 днів популяції зросли на чотири порядки, що приголомшило дослідників. І понад 99% мікробів у їхньому зразку повернулися до життя. Це приголомшливий результат: приблизно через 100 мільйонів років у середовищі з обмеженою кількістю поживних речовин переважна більшість зразка була успішно відроджена.

«Одним із дивовижних моментів є те, що до 99,1% мікробів могли зберегти свою активність, щоб включити додатковий субстрат, — сказав Мороно, — що означає, що вони були живі. Вони зберегли своє життя цілих 100 мільйонів років».

В осаді були два типи мікробів: анаеробні та аеробні. У той час як аеробні мікроби з готовністю повернулися до життя, анаеробні — ні. Лише мінімальна кількість анаеробних мікробів була відроджена.

У своїй роботі автори кажуть: «Наші результати свідчать про те, що мікробні спільноти, широко поширені в бідних органічними речовинами, глибоких осадах складаються в основному з аеробів, які зберігають свій метаболічний потенціал в умовах надзвичайно низької енергії до 101,5 ?Мі.

Дослідники не знають, як саме ці популяції змогли так довго зберігатися в низькоенергетичних осадах. Мікроби, можливо, зберігалися у своєрідній «підвішеній анімації», або, можливо, вони час від часу поділялися. Тому вони досі не знають, як різні типи організмів у цій ситуації можуть виживати в пригніченому метаболічному стані без поділу.

Члени екіпажу експедиції 329 досліджують одне з ядер. Ядра спочатку зберігаються в холодному приміщенні, щоб можна було виміряти вміст кисню. Потім вони піддаються надзвичайному тиску, щоб вичавити воду. Авторство зображення: IODP

Це добре відомо спори можуть виживати протягом тривалого часу в негостинних середовищах. Але це спеціалізовані структури довгострокового виживання, настільки спеціалізовані, що вони можуть навіть вижити в космосі. Але в цьому дослідженні велика частина виявлених мікробів не спороутворювала, і вони все одно вижили.

Осад не є безкисневим, що додає цій роботі ще одну зморшку. Кисень має деградуючу дію, тому той факт, що ці організми вижили в присутності кисню протягом таких величезних геологічних масштабів часу, вражає. Однак дослідники не знають, наскільки широко і рівномірно поширюється кисень, тому цілком можливо, що існують області або невеликі ділянки з дуже низьким вмістом кисню, які покращують виживання мікробів.

Але все ж висновок зрозумілий. Як пишуть автори, результати «...в сукупності свідчать про те, що мікробні спільноти в кисневих осадах підводного дна зберігаються в метаболічно активній формі принаймні 101,5 мільйона років».

Південно-Тихоокеанський круговорот — це вихор проти годинникової стрілки в Тихому океані. Це найвіддаленіша від будь-яких континентів і продуктивних регіонів океану. Морський сніг у цьому регіоні слабкий і повільно збирається на дні океану, що робить його ідеальним місцем для проб древніх відкладень. Автор зображення: Джек · розмова · – вирізано з Image:Ocean currents 1943 (borderless).png, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3841909

Одним невеликим, дотичним способом — хоча це може бути більш очевидним для мікробіологів, ніж для всіх нас, — результати трохи розчаровують. Як пояснюють автори у своїй роботі, «клітина повинна метаболізувати певну кількість вуглецю щодо власної біомаси, перш ніж вона зможе подвоїти свій розмір, розділитися або навіть підтримувати метаболічно активний стан». Отже, ці мікроби потребують вуглець для їжі. Але їхній вуглець все одно мав виходити з поверхні. Дослідники задаються питанням, чи знайдуть вони одного дня осадового мікроба, який не покладається на поверхню для харчування. Це свого роду Святий Грааль в мікробіології. Якби його коли-небудь знайшли, це змінило б наше розуміння того, як працює життя на Землі, а також де і як ми можемо знайти життя на інших планетах або супутниках.

Але це насправді не недолік. Це дослідження знову розширює наше розуміння біосфери Землі та того, наскільки вона може бути стійкою. Знайти древнє життя, що дрімає на дні найнепродуктивнішої частини світового океану, і повернути його до життя — це дуже вражаюче.

Отже, тепер ми знаємо, що мікробне життя може вижити в середовищі з низьким рівнем енергії та поживними речовинами більше 100 мільйонів років. Але ми досі не знаємо, яка межа. Чи може воно вижити ще довше? 200 мільйонів років? 300 мільйонів?

Хто знає.

Більше:

• Науково-дослідна робота: Аеробне мікробне життя зберігається в кисневому морському осаді віком 101,5 мільйона років
• Вікіпедія: Південно-Тихоокеанський круговорот
• Всесвіт сьогодні: Europa Life: чи можуть «екстремальні креветки» вказувати на мікроби на цьому Місяці?