В глубоком море, вдали от солнечного света, организмы используют химическую энергию для связывания углерода. В гидротермальных жерлах, где горячая, богатая минералами вода вырывается из высоких дымоходов, называемых черными курильщиками, живые экосистемы подпитываются химической энергией жерловых вод. Мидии процветают в этой, казалось бы, враждебной среде, питаясь симбиотическими бактериями внутри их жабр. Бактерии превращают химические вещества из вентиляционных отверстий, которые животные не могут использовать, во вкусную пищу для своих мидий-хозяев. Теперь международная группа ученых во главе с Николь Дюбилье из Института морской микробиологии им. Макса Планка в Бремене и Джиллиан Петерсен из Венского университета сообщает в журнале ISME, что фиксация углерода в глубоком море более разнообразна, чем считалось ранее.
Познакомьтесь с Thiobarba, новой бактерией в квартале
Давно известно, что глубоководные мидии Bathymodiolus, дальние родственники съедобных мелководных голубых мидий, содержат симбионтов в своих жабрах. В 2016 году Адриан Ассье защитил докторскую диссертацию в Институте морской микробиологии им. Макса Планка и обнаружил симбиотические бактерии, живущие между жабрами мидий, назвав их тиобарба. Дальнейшие исследования Адриана показывают, что эти бактерии не только принадлежат к еще неизвестному семейству, но и питаются неожиданным образом. «Тиобарба фиксирует углерод с помощью цикла Кальвина», - объясняет Николаус Лейш, соавтор исследования. «Это первая из этой группы бактерий, которая использует этот путь для фиксации углерода.«Обычно эта группа использует путь, известный как обратный ТСА-цикл, который гораздо более энергоэффективен, для фиксации углерода. Однако он не работает в присутствии кислорода, которого много в жабрах этих мидий». Это открытие ставит под сомнение существующие предположения о том, какие группы бактерий используют тот или иной путь фиксации углерода», - продолжает Лейш.
Исправление выбросов CO2 у соседей
Семейство Thiobarba принадлежит к группе бактерий под названием Epsilonproteobacteria, недавно переименованной в Campylobacterota. Известно, что члены этой группы не живут в симбиозе с мидиями или не используют цикл Кальвина. Но как Тиобарба приобрела генетический инструментарий для цикла Кальвина? «Наши результаты, основанные на метагеномном секвенировании, показывают, что они получили некоторые из необходимых генов от других симбионтов, которые также живут в жабрах мидий», - говорит Адриан Ассье, другой автор этого исследования, который сейчас работает в Baylor. Медицинский колледж в Хьюстоне, штат Техас.«Живя в ее тканях, эндосимбионты развили гораздо более тесные симбиотические отношения с мидией. Прежде чем Thiobarba смогла успешно поселиться на жабрах Bathymodiolus, один из ее предков должен был получить инструменты ремесла от эндосимбионтов, что позволило его потомков для более эффективной колонизации мидий-хозяев."
Симбиоз как схема эволюционных процессов
Затем ученые отправились на поиски подобных процессов у свободноживущих Campylobacterota. И действительно, бактерии из проб воды, взятых на гидротермальных источниках, содержали соответствующие гены. Использование цикла Кальвина может быть более широко распространено в этой группе бактерий, чем считалось ранее. «Наши исследования симбиотических бактерий часто выявляли новые идеи, которые также имеют отношение к свободноживущим бактериям. Изучая симбиозы, мы можем многое узнать о микробной жизни в целом и ее эволюции», - заключает руководитель проекта Николь Дюбилье.