Глубокое море покрывает более половины поверхности Земли, но остается одним из наименее изученных мест на планете — особенно когда речь идет о генетическом разнообразии обитающих там организмов. Давление, способное раздавить подводную лодку, температуры от почти нуля до сотен градусов у «черных курильщиков», полная темнота и дефицит кислорода. И именно эти адские условия, как ни парадоксально, делают глубокий океан «эволюционным двигателем» — местом, где природа постоянно изобретает новые генетические решения.
Международная команда из почти 60 исследователей провела одно из самых масштабных исследований такого рода. Ученые проанализировали больше 2100 образцов, собранных в разных глубоководных средах по всему миру: ультраглубокие желоба (включая Марианскую впадину), гидротермальные источники, метановые сипы (места утечки метана из коры). Результат превзошел ожидания — они построили генетическую базу данных, содержащую больше 500 млн уникальных генов и 2,4 млн предсказанных белковых структур.
Исследование выявило удивительный парадокс. С одной стороны, генетические «чертежи» глубоководной жизни невероятно разнообразны и сильно отличаются друг от друга. С другой стороны, ключевые формы (трехмерные структуры) белков, которые кодируются этими генами, остаются поразительно похожими. Это означает, что жизнь на больших глубинах (превышающих 1000 м) постоянно эволюционирует на генетическом уровне, но при этом опирается на стабильные, проверенные временем фундаментальные конструкции, чтобы выживать в экстремальных условиях. Глубокое море активно формирует, диверсифицирует и хранит широкий спектр функционально различных генетических признаков.
Ученые выяснили, что особенно быстро эволюционируют белки, участвующие в репликации, рекомбинации и восстановлении ДНК. Эти белки приобрели специализированные черты, помогающие организмам выживать под высоким давлением и при низких температурах.
Одно из самых многообещающих открытий — уникальный вариант хеликазы, белка, который раскручивает двойную спираль ДНК. Глубоководная версия этого белка обладает необычными структурными особенностями. Как выяснили исследователи, она может улучшить технологию нанопорового секвенирования ДНК — передового метода, используемого в исследованиях, медицине и экологическом мониторинге. Дело в том, что этот вариант хеликазы позволяет лучше контролировать скорость «считывания» ДНК, что является одной из ключевых проблем метода.
Исследование не только расширяет известное генетическое разнообразие морских организмов более чем на 50%. Оно предоставляет практическую основу для использования этого огромного, еще почти не тронутого биологического ресурса.
Работа объединила передовые методы глубоководного отбора проб, ИИ-инструменты для предсказания структуры белков и экспериментальные проверки, создав один из крупнейших в мире ресурсов для изучения морской жизни на молекулярном уровне. Выводы опубликованы в научном журнале Cell Host & Microbe.
Ранее Наука Mail рассказывала об итогах экспедиции в Марианскую впадину.
