В бедных питательными веществами глубоководных отложениях микробы, принадлежащие к археям, на протяжении миллионов лет превосходили бактериальные микроорганизмы. Их способность эффективно убирать мертвые клетки делает их основными производителями в пищевой цепочке.
Археи представляют собой группу одноклеточных микроорганизмов, которые в первую очередь известны как очень универсальные обитатели чрезвычайно требовательных мест обитания. Под световым микроскопом они очень похожи на бактерии, но эти две группы заметно отличаются друг от друга во многих отношениях. В частности, между ними существуют важные различия в отношении их метаболических возможностей, и они во многом определяют, какие экологические ниши они могут использовать. Исследователи во главе с профессором Уильямом Орси из Департамента наук о Земле и окружающей среде Университета Людвига-Максимилиана (LMU) в Мюнхене в сотрудничестве с американскими коллегами, принадлежащими к Сообществу Deep Life [которое является частью Deep Carbon Observatory (DCO)] обнаружили, что виды архей не только сумели выжить в течение многих миллионов лет в отложениях глубоко под дном открытого океана, но и справляются с трудными условиями жизни в биосфере морского дна гораздо лучше, чем бактерии. Новые результаты показывают, что эти адаптирующиеся археи, вероятно, играют важную роль в геохимических циклах углерода и азота в этой огромной экосистеме. Исследование опубликовано в онлайн-журнале Science Advances..
Осадки, отложившиеся в океанах вблизи континентальных окраин, часто имеют низкий уровень кислорода, потому что большое количество органического углерода постоянно выносится на морское дно. Органический углерод быстро метаболизируется микроорганизмами, и на этот процесс расходуется весь доступный кислород. Однако в открытом океане основным источником органических питательных веществ на морском дне являются мертвые организмы, которые неумолимо тонут на морском дне. Это, в свою очередь, означает, что гораздо меньше органического углерода доступно для метаболизма, и, следовательно, кислород в отложениях ниже морского дна сохраняется. «Исследования моделирования показывают, что от 10 до 40% этих отложений, от морского дна до нижележащей коры, снабжаются кислородом», - говорит Орси. «Это огромный регион, биосфера которого еще мало изучена».
Чтобы узнать больше об этой труднодоступной среде обитания, авторы нового исследования использовали 30-метровый буровой керн для получения образцов донных отложений с глубины около 5500 м. на участке в Саргассовом море в Северной Атлантике. Анализируя фрагменты ДНК, извлеченные из этих осадочных отложений, возраст которых достигает 15 миллионов лет, они смогли идентифицировать основные классы микроорганизмов, присутствующих в пластах.«И мы сделали поразительное открытие, что представителей архей, и в частности таумархий, окисляющих аммиак, в этих образцах было гораздо больше, чем бактерий», - говорит Орси.
Дальнейшие анализы показали, что эта конкретная группа архей обладает высокоэффективной метаболической системой, которая позволяет им выживать в донных отложениях. В этой низкоэнергетической среде они используют белковые фрагменты из мертвых клеток для построения необходимых им метаболических и структурных компонентов. Кроме того, они используют аммиак, образующийся при деградации 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 Thaumarchaea в этих отложениях», - говорит Стивен Д'Ондт (Университет Род-Айленда, США), лидер глубоководной экспедиции.
В целом, новые результаты показывают, что в кислородсодержащих глубоководных отложениях Thaumarchaea преобразуют неорганический углерод в биомассу и, следовательно, служат базовым уровнем пищевой цепи. Эта активность длилась в течение длительного времени, по крайней мере, 15 миллионов лет. «В этой экосистеме они превосходили бактерии на протяжении многих миллионов лет, - говорит Орси, - и это может также сохраняться в других экологических нишах ниже морского дна».