В глобальном углеродном цикле микроорганизмы выработали множество способов фиксации в клетках необходимой для метаболизма органики. Исследователи из Бремена и Тайваня изучили методы, которые используются обитателями чрезвычайно горячих, кислых и богатых серой гидротермальных источников на мелководье у острова Куэйшаньтао на Тайване. Команда под руководством Джоэли Маак из MARUM, Центра морских экологических исследований при Бременском университете, опубликовала свое исследование в журнале Biogeosciences.
Чрезвычайно суровые химические условия в океане не редкость. Причиной этого является наличие гидротермальных систем, в которых растворенные вещества из недр Земли поднимаются на поверхность. Эти системы обычно являются единственным источником энергии в глубоководных районах, поскольку в темных глубинах невозможен фотосинтез.
Однако гидротермальные источники встречаются и в мелководных прибрежных районах, например, у вулканического острова Куэйшаньтао на востоке Тайваня. Остров окружен горячими сернистыми родниками на глубине не более 10 метров. Горячая кислая вода поднимается здесь на поверхность и изменяет химический состав морской воды. Это приводит к возникновению экстремальных условий, к которым сложным формам жизни приспособиться крайне трудно.
Но для микроорганизмов-экстремофилов эти донные гейзеры, выбрасывающие перегретую, сильно кислую воду — источник жизненной энергии. Жизнь микробиома здесь в прямом и в переносном смысле бьет ключом.
Одним из преобладающих организмов в этих гидротермальных системах являются кампилобактерии. Их «секретным оружием», как его называет Маак, является цикл восстановительной трикарбоновой кислоты (rTCA). Этот цикл представляет собой биохимический путь переноса углерода в органические молекулы и биомассу.
По сравнению с более распространенным циклом Кальвина, организмам, использующим rTCA, не нужно проходить несколько энергозатратных метаболических этапов. Эта способность позволяет им доминировать в экстремальной среде.
Изотопный анализ позволил ученым отследить углерод, зафиксированный с помощью этого «секретного оружия» даже в крабах, которые обитают в районах термальных источников. До этого считалось, что метаболизм на основе трикарбоновой кислоты доступен только примитивным организмам. Правда, не исключено, что углерод из трикарбонового цикла попадает в ткани краба в процессе питания.
Исследование является неотъемлемой частью текущих работ в рамках кластера «Дно океана — неизведанный интерфейс Земли». Основная цель — лучше понять экосистемы дна океана в условиях меняющейся окружающей среды и круговорота веществ.
Недавно мы рассказали о бактериях-экстремофилах, обитающих в горячих источниках Северного Кавказа.
