Новое исследование показало, как группа глубоководных микробов дает ключ к разгадке эволюции жизни на Земле, согласно недавней статье в The ISME Journal. Исследователи использовали передовые молекулярные методы для изучения этих микробов, которые процветают в горячих бескислородных жидкостях, протекающих через земную кору.
Названная Hydrothermarchaeota, эта группа микробов живет в таких экстремальных условиях, что их никогда не выращивали в лаборатории для изучения. Исследовательская группа из Лаборатории наук об океане Бигелоу, Гавайского университета в Маноа и Объединенного института генома Министерства энергетики обошла проблему культивирования с помощью методов генетического секвенирования, называемых геномикой, набора новых методов, используемых для секвенирования больших групп генетическая информация. Они обнаружили, что Hydrothermarchaeota может получать энергию, перерабатывая монооксид углерода и сульфат, что является упущенной из виду метаболической стратегией. Микробы используют энергию этого процесса для роста в форме хемосинтеза.
«Большая часть жизни на Земле - это микробы, и большинство микробов никогда не культивировались», - говорит Бет Оркатт, старший научный сотрудник лаборатории Бигелоу и один из ведущих авторов исследования. «Эти результаты подчеркивают, почему геномика отдельных клеток является таким важным инструментом для изучения того, как функционирует огромная часть живых организмов».
Анализ геномов Hydrothermarchaeota показал, что эти микробы принадлежат к группе одноклеточных организмов, известных как археи, и эволюционировали в начале истории жизни на Земле, как и их необычные метаболические процессы. Эти наблюдения предполагают, что подповерхностная кора океана является важной средой обитания для понимания того, как развивалась жизнь на Земле и, возможно, на других планетах.
Исследователи также обнаружили генетические доказательства того, что Hydrothermarchaeota способны передвигаться самостоятельно. Подвижность предлагает ценную стратегию выживания в экстремальных условиях, которые они называют домом, с ограниченным запасом питательных веществ, необходимых для жизни.
«Изучение этих уникальных микробов может дать нам представление как об истории Земли, так и о потенциальных стратегиях жизни на других планетах», - сказала Стефани Карр, первый автор статьи и бывший научный сотрудник Orcutt с докторской степенью. доцент в Хартвик-колледже. «Их стратегии выживания делают их невероятно универсальными, и они играют важную, но недооцененную роль в подземной среде, где они живут».
В 2011 году Оркатт и другие ученые проекта отправились к флангу хребта Хуан-де-Фука, срединно-океанического хребта у побережья Вашингтона, где две океанические плиты расходятся и образуют новую океаническую кору. Они использовали глубоководного робота Джейсона из Океанографического института Вудс-Хоул, чтобы пройти 2,6 км по морскому дну и собрать образцы жидкости, которая течет через глубокие слои земной коры.
Эти жидкости земной коры содержали микробы, которые никогда прежде не изучались. Работая в партнерстве с Объединенным институтом генома Министерства энергетики, исследователи отсортировали и проанализировали микробы в Центре геномики отдельных клеток в лаборатории Бигелоу. Этим передовым исследовательским центром руководит Рамунас Степанаускас, старший научный сотрудник и автор исследования. Команда проекта также проанализировала микробы с помощью метагеномики - метода, который извлекает геномную информацию непосредственно из образцов окружающей среды. Эти анализы позволили получить представление о генетических схемах Hydrothermarchaeota, их отношениях с другими археями и стратегиях, которые они выработали, чтобы выжить на дне моря.
Исследователи будут основываться на этом открытии, когда вернутся на хребет Хуан-де-Фука в мае 2019 года, чтобы продолжить изучение экстремальных микробов, процветающих под морским дном. Orcutt возглавит круиз на ROV Jason с этой командой исследователей для дальнейшего изучения подводной среды, используя финансирование Национального научного фонда и НАСА..
«Микробы, живущие «похороненными заживо» под морским дном, действительно интересны для нас, поскольку они могут выжить при небольшом количестве энергии», - сказал Оркатт. «Мы надеемся, что наши эксперименты с этими странными микробами смогут показать, как они это делают, и мы сможем представить, как может существовать жизнь на других планетах».