Бактерии живут, несмотря на погребение в грязи на дне в течение 100 миллионов лет

Увеличить / Юки Мороно из Японского агентства морских и земных наук занимается разработкой бактерий, возраст которых может составлять 100 миллионов лет. Быть осторожен!

Знаешь эти видео где люди открывают (или даже едят?) военные пайки времен Второй мировой войны? Удивительно видеть, насколько хорошо эти “продукты” могут быть сохранены после всех этих десятилетий. В некотором смысле Юки Мороно и его команда исследователей из Японского агентства по науке и технике «Морская Земля» перевернули этот опыт, дав современную пищу некоторым старым организмам. Но их дело включало в себя добычу древней грязи со дна моря и добавление еды, чтобы посмотреть, живо ли там что-нибудь.

На самом деле в грязи были бактерии, что не удивительно. Но учитывая окружающую среду и возраст этого материала – 100 миллионов лет – это на самом деле довольно замечательно.

Глубоко

Жизнь глубоко под землей или под морским дном не изучена так же, как и легкодоступный поверхностный мир. Отбор проб показал, что грязи морского дна в разных частях океана сильно различаются по типам и распространенности микробной жизни. Но в этом случае исследователи взяли образцы глубоких отложений в середине южной части Тихого океана, где есть очень мало органического вещества, доступного для жизни.

Бактерии из самого старого образца (справа) и сопутствующих изотопных измерений (слева).  Белая шкала 5 микрон - значительно меньше ширины человеческого волоса.
Увеличить / Бактерии из самого старого образца (справа) и сопутствующих изотопных измерений (слева). Белая шкала 5 микрон – значительно меньше ширины человеческого волоса.

Они захватили пробки осадка примерно до 70 метров ниже морского дна. Здесь накапливается очень мало осадков, так что куча глины толщиной 70 метров представляет собой около 100 миллионов лет. Грязи на дне озер или болот часто испытывают недостаток кислорода, поскольку дыхание бактерий, разрушающих органическое вещество, поглощает все это. Но еда здесь настолько скудна, что кислород, нитраты и фосфаты присутствовали даже в самой глубокой грязи.

Исследователи взяли эти маленькие пробки осадка и инъецированные вещества, которые бактерии могут использовать для роста, такие как сахар и аммиак. И, конечно же, бактерии росли и поглощали их – они даже анализировали изотопы углерода и азота в отдельных клетках, чтобы убедиться, что они приняли эти вещества. Первоначальное количество микробных клеток было намного ниже, чем было обнаружено в более продуктивных районах океана, но они присутствовали и были жизнеспособными.

Дело в том, что исследователи не думают, что это просто современные бактерии, которые проникли глубоко в грязь. На самом деле, они не должны быть в состоянии двигаться вообще в этой грязи. Среднее пространство между частицами в глине должно быть значительно меньше, чем размер бактерии. Исследователи пришли к выводу, что присутствие микробов в древнейших отложениях представляет собой сообщества, которые столь же стары, как и сам осадок.

Ученые из команды описывают, что они нашли в этом видео.

Анализ ДНК показывает немного разные комбинации типов бактерий, присутствующих на разных глубинах. Тем не менее, они были почти всеми аэробными бактериями, потребляющими кислород. Некоторые эксперименты не добавляли никакого дополнительного кислорода сверх того, что уже присутствовало в грязи, и бактериальная активность добавленной пищи быстро израсходовала весь кислород. В этих экспериментах после того, как кислород пропал, рост был очень слабым, что свидетельствует о том, что анаэробных бактерий немного. Это в отличие от богатых пищей участков морского дна, где доминируют анаэробные бактерии.

необычайный

Это приводит к необычному утверждению: «Наши результаты показывают, что микробные сообщества, широко распространенные в абиссальном осадке с низким содержанием органических веществ, состоят в основном из аэробов, которые сохраняют свой метаболический потенциал в условиях чрезвычайно низкой энергии до 101,5. [million years]«.

Есть несколько звеньев в цепи, где это может пойти не так. Если у микробов есть некоторая подвижность в осадке, возраст уходит в окно. Но аргумент против этого, основанный на диаметре порового пространства и существовании твердых, непроницаемых слоев, является разумным. Другой потенциальной ловушкой является загрязнение, при котором бактерии попадают в образец осадка откуда-то еще. Но команда предприняла здесь ряд мер предосторожности, включая образцы ДНК, взятые во время сбора каждого образца. Если бактерии-изгои попали во время отбора проб, они должны появиться в более поздних образцах ДНК, но не в первоначальных – и этого не произошло.

Это не значит, что в данных нет ничего особенного. Цианобактерии – фотосинтезирующие микробы, более известные как «сине-зеленые водоросли» – создают вид, что, безусловно, странно, учитывая полное отсутствие солнечного света на дне моря (и под ним). Специфический род цианобактерий, по крайней мере, процветает в экстремальных условиях. И их рост во время эксперимента также происходил в отсутствие света, так что у микробов могли быть только некоторые секреты, которые можно было бы сдать.

Так что, если исследователи правы в том, что они нашли, это свидетельствует о том, что жизнь – ничто, если не постоянство. Замедляясь, чтобы жить в условиях крайне ограниченных средств, эти бактериальные сообщества, возможно, выжили в течение просто невероятного периода времени.

Nature Communications, 2020. DOI: 10,1038 / s41467-020-17330-1 (О DOI).

Leave a Comment