Археи представляют собой группу одноклеточных микроорганизмов, которые в первую очередь известны как универсальные обитатели чрезвычайно сложных местообитаний. При просмотре в световой микроскоп они очень похожи на бактерии, но эти две группы заметно отличаются друг от друга во многих отношениях.
В частности, между ними есть важные различия в отношении их метаболических возможностей, и они во многом определяют, какие экологические ниши они могут использовать. Исследователи под руководством профессора Уильяма Орси из Департамента наук о Земле и окружающей среде Университета Людвига-Максимилиана (LMU) в Мюнхене в сотрудничестве с американскими коллегами, принадлежащими к Deep Life Community [которая является частью Deep Carbon Observatory (DCO)] теперь обнаружили, что виды архей не только сумели выжить в течение многих миллионов лет в отложениях далеко под дном открытого океана, но и что они справляются с тяжелыми условиями жизни в подводной биосфере гораздо лучше, чем бактерии.
Новые данные предполагают, что эти адаптируемые археи, вероятно, будут играть важную роль в геохимических циклах углерода и азота в этой огромной экосистеме. Исследование опубликовано в онлайн-журнале Science Advances.
Отложения, отложенные в океанах вблизи окраин континентов, часто содержат низкий уровень кислорода, потому что большое количество органического углерода постоянно экспортируется на морское дно. Органический углерод быстро метаболизируется микроорганизмами, и этот процесс потребляет весь доступный кислород.
Однако в открытом океане основным источником органических питательных веществ на морском дне являются мертвые организмы, которые неумолимо опускаются на морское дно. Это, в свою очередь, означает, что для метаболизма доступно гораздо меньше органического углерода, и, следовательно, кислород в донных отложениях сохраняется. «Исследования моделирования показывают, что от 10 до 40% этих отложений, от морского дна до нижележащей коры, снабжены кислородом», – говорит Орси. «Это огромный регион, биосфера которого еще практически не исследована."
Чтобы узнать больше об этой труднодоступной среде обитания, авторы нового исследования использовали 30-метровый буровой керн для взятия проб донных отложений с глубины около 5500 м на участке в Саргассово море в Северной Атлантике. Путем анализа фрагментов ДНК, извлеченных из этих осадочных отложений, возраст которых составляет до 15 миллионов лет, они смогли идентифицировать основные классы микроорганизмов, присутствующих в пластах. «И мы сделали удивительное открытие, что представителей архей, и в частности таумархей, окисляющих аммиак, было гораздо больше в этих образцах, чем бактерий», – говорит Орси.
Дальнейший анализ показал, что эта конкретная группа архей обладает высокоэффективной метаболической системой, которая позволяет им выживать в донных отложениях. В этой низкоэнергетической среде они используют фрагменты белка из мертвых клеток для создания необходимых метаболических и структурных компонентов. Кроме того, они используют аммиак, образующийся при разложении белков, в качестве основы для другого цикла химических реакций, который обеспечивает их энергией. «Мы считаем, что эта уникальная способность в сочетании с эффективной системой поглощения и фиксации углерода объясняет доминирование таумархей в этих отложениях», – говорит Стивен Д’Хондт (Университет Род-Айленда, США), руководитель. глубоководной экспедиции.
В целом, новые результаты показывают, что в кислородсодержащих глубоководных отложениях таумархеи превращают неорганический углерод в биомассу и, следовательно, служат базовым уровнем пищевой цепи. Эта деятельность длилась в течение долгого времени, по крайней мере, 15 миллионов лет. «В этой экосистеме они превзошли бактерии в течение многих миллионов лет, – говорит Орси, – и это также может иметь место в других экологических нишах ниже морского дна."