Микробиологи нашли залежи микробной «темной материи» в лавовых пещерах — в ней тысячи неизвестных бактерий

Даже люди способны приспосабливаться к очень разным условиям окружающей среды, но в микроскопическом масштабе все еще интереснее. Существует целая область биологии, посвященная изучению так называемых экстремофилов — бактерий, которые процветают в экстремальных условиях.

Как правило, они обитают в самых негостеприимных местах в мире — это гейзеры, гидротермальные дымоходы или даже вечная мерзлота. Обычно эти места содержат  большое количество веществ, высокотоксичных для подавляющего большинства живых существ, например, серы, и в их окрестностях поддерживаются экстремальные температуры — жара либо сильный холод, которые может выдержать лишь небольшое количество видов.

Большинство экстремофилов до сих пор относительно малоизвестны, поскольку места их обитания по определению довольно трудно исследовать. Их места обитания даже назвали микробной (бактериальной) «темной материей».

В частности, микробиологи обнаружили такую микробную «темную материю» в лавовых пещерах и других местах на Большом острове Гавайев. Чтобы изучить эту «темную материю», они взяли больше количество образцов с 70 участков. Ученые исследовали пещеры и вулканические трубы, а также фумаролы и другие места, в которых наблюдалась интенсивная геотермальная активность. Как ученые и предполагали, в их руки попало множество бактерий-экстремофилов. Когда они провели генетический анализ, секвенировав рибосомную РНК в образцах всех этих бактериальных популяций, то обнаружили несколько неожиданных и очень интересных тенденций.

Хотя исследователи ожидали найти довольно много экстремофилов, они также предсказывали, что их разнообразие будет довольно небольшим. Однако они наблюдали прямо противоположную ситуацию: обнаружился удивительно высокий уровень бактериального разнообразия — настоящая экстремофильная экосистема, довольно далекая от преобладавшей до ее обнаружения модели.

Чем древнее были изучаемые структуры, тем большее разнообразие наблюдали ученые. Но самое интересное, что эти и без того многочисленные бактериальные сообщества не существуют сами по себе. В работе, опубликованной в Frontiers in Microbiology, ученые объясняют, что в самых негостеприимных условиях у бактерий развиваются взаимодействия удивительной сложности.

Другими словами, это предполагает, что экстремофильные бактерии не просто колонизировали конкретные экологические ниши. Несмотря на экстремальные условия, они участвовали в возникновении действительно сложных экосистем с относительно взаимозависимыми организмами.

Кроме того, исследователи очень редко находили одни и те же бактерии в разных местах отбора проб; лишь небольшое число видов занимало многие из этих ниш. Это говорит о том, что сообщества развивались самостоятельно. И это вызывает целый ряд дополнительных вопросов.

Помогают ли экстремальные условия создать более интерактивные микробные сообщества с более взаимозависимыми микроорганизмами? И если да, то какие свойства этих экстремальных сред способствуют созданию этой взаимозависимости?

Чтобы ответить на эти вопросы, исследователи решили сосредоточить внимание на тех немногих видах, которые занимают часть из этих ниш. В частности, они сосредоточились на группе бактерий Chloroflexi. Она не была самой многочисленной, однако бактерии Chloroflexi присутствовали на всех участках отбора проб. По мнению исследователей, это говорит о том, что Chloroflexi могут играть фундаментальную роль в качестве центра в этих сообществах, то есть выступать в качестве «хабового» вида. Другими словами, эти бактерии связаны со многими другими видами и могут играть ключевые экологические роли в сообществе. Сейчас о многих видах Chloroflexi практически ничего не известно, и дальнейшее их изучение выявит ранее неизвестные виды, а также позволит понять, какую роль они играют в экстремальных условиях.

В настоящее время авторы работы планируют провести новое исследование, чтобы изучить «роли» этих микроорганизмов в соответствующих сообществах. Но для этого потребуется гораздо более масштабное генетическое секвенирование.

Эти еще относительно малоизвестные бактерии могли играть центральную роль в некоторых очень важных геологических явлениях, например, в преобразовании базальтовых вулканитов.Также напомним, что бактерии-экстремофилы — настоящее сокровище для космических и межпланетных исследований. Они позволяют сформулировать предположения об эволюционных стратегиях, которые формы жизни могли принять, например, в таких средах, как Марс или спутник Сатурна Энцелад. Это облегчит задачу поиска жизни на других планетах.