Пролежавшие 101 миллион лет на дне океана бактерии поели и размножились

Бактерии, найденные в донных осадках на юге Тихого океана (флуоресцентная микрофотография)

JAMSTEC

Японские исследователи показали, что аэробные микроорганизмы из донных отложений с юга Тихого океана способны питаться и размножаться, даже пролежав в глине на десятки метров ниже дна 101 миллион лет, сообщается в Nature Communications. На примере этих бактерий можно будет изучать эволюционные процессы, характерные для бактерий с экстремально замедленным обменом веществ, и границы возможностей жизни на Земле.

В донных отложениях на дне морей и океанов обитает множество бактерий: они составляют 12–45 процентов от общей массы микроорганизмов и примерно 0,6–2 процента от биомассы всех живых существ на планете. По всей видимости, микроорганизмы, которые обитают в донных осадках, могут довольствоваться очень малыми количествами нужных им для жизни веществ. Следы аэробных (нуждающихся в кислороде) бактерий нашли даже в глине в трещинах вулканических пород, слагающих дно Южно-Тихоокеанского круговорота. Их образцы (керны) японские ученые достали с глубин 51, 109,6, и 121,8 метров ниже дна. Однако в той работе не изучали обмен веществ найденных бактерий.

Теперь некоторые авторы предыдущей работы, в частности Юки Мороно (Yuki Morono) и его коллеги из Японского агентства науки и технологий по изучению морских недр (JAMSTEC) и Род-Айлендского университета, представили результаты культивации микроорганизмов, которых они нашли в кернах, поднятых с глубины до 74,5 метров ниже дна (3700–5700 метров ниже уровня моря). Бактерии выявляли с помощью окрашивания флуоресцентным красителем SYBR Green I, который связывается с молекулами ДНК, и секвенирования 16S рибосомальной РНК.

К фрагментам субстрата с клетками добавляли питательные вещества и кислород в небольшой концентрации (1/16 от атмосферного). В молекулах нутриентов присутствовали изотопы углерода и азота 13C и 15N (они тяжелее, чем более распространенные 12C и 14N), и по тому, сколько таких изотопов окажется в клетках через определенные промежутки времени, оценивали, питаются ли бактерии, растут ли они, и если да, то насколько быстро.

Возраст образцов глины, который определяли по содержанию кобальта, составил от 4,3 до 101,5 миллионов лет. Практически во всех, в том числе в самых древних, обнаружили жизнеспособные организмы из групп Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes, Alphaproteobacteria, Betaproteobacteria, Gammaproteobacteria, Deltaproteobacteria, Chloroflexi и некоторых других.

Лучше всего культивации поддавались аэробы: они питались и довольно быстро размножались. За 68 дней с начала инкубации некоторые увеличивали численность в десятки тысяч раз. При этом клетки в среднем в 3,09 раз быстрее поглощали «тяжелый» азот, чем углерод. От добавления конкретных органических веществ состав культур практически не зависел, зато зависел от времени, которое прошло с момента начала культивации. Также отмечается, что многие «ожившие» виды способны образовывать споры.

Авторы статьи отмечают, что возобновить жизнедеятельность удалось примерно у 99,1 процента найденных микроорганизмов. Очевидно, что у этих бактерий в их природных местообитаниях должна быть крайне низкая скорость обмена веществ, в противном случае они бы не «ожили». Интересно выяснить, как они адаптировались к «медленной жизни» и насколько сильно модифицировались за те 100 миллионов лет, пока на суше сменилась большая часть флоры и фауны. Скорее всего, и эволюционные процессы у них шли медленнее, чем у наземных бактерий.

Бактерии и археи способны выживать там, где остальные, как правило, существовать не могут. Например, в Иберийском пиритовом поясе нашли цианобактерии на глубине 607 метров — и это несмотря на то, что таким организмам нужно фотосинтезировать, а солнечный свет так глубоко практически не проникает. А в пустыне Атакама, где не хватает другого ключевого условия для фотосинтеза — воды, цианобактерии научились производить это вещество из гипса.