Более чем в 10 милях от Йеллоустонского национального парка, на краю кальдеры, живет высокогорное сообщество, настолько разнообразное, что ученые Университета штата Монтана называют его «невероятным, уникальным и поистине странным».
Сообщество микроорганизмов обитает в горячем источнике синего сапфирового цвета на высоте 8 600 футов над уровнем моря на Континентальном водоразделе. Это бассейн, в котором вулканические газы поднимаются вверх, смешиваясь с талой снеговой и дождевой водой, явление, которое обеспечивает исключительно высокий уровень разнообразия, сказал Дэн Колман, доцент кафедры микробиологии и иммунологии в Колледже сельского хозяйства и Колледже литературы и науки. Наука.
Колман обнаружил больше микробного биоразнообразия в образце размером с ноготь, чем если бы кто-то объединил все биоразнообразие животных и растений в Йеллоустоне. Некоторые из них были бактериями, а другие - археями, двумя из трех доменов жизни, и менее половины из них ранее были обнаружены в гидротермальных системах. Некоторые из них могут даже быть современными родственниками древних микробов, потенциально предлагая уроки о жизни на ранней Земле и потенциале жизни на других планетах.
«Мы думаем, что эта работа имеет довольно широкое значение, которое распространяется на несколько дисциплин», - сказал Колман, ведущий автор научной статьи, объясняющей результаты исследований МГУ в горячем источнике, известном как Smoke Jumper 3 или SJ3.
Документ был опубликован 8 февраля в онлайн-журнале Nature Communications. Соавторами были адъюнкт-профессор Эрик Бойд и докторант Мелоди Линдси, оба с кафедры микробиологии и иммунологии.
Бойд сказал, что статья уникальна тем, что в ней не просто описывается разнообразие горячих источников; это также объясняет условия, которые позволили этому разнообразию развиваться и поддерживаться.
"Многие люди заинтересованы в открытии разнообразия. Это конечная цель. Это замечательно", - сказал Бойд. «Что Дэн хотел знать, так это почему. Почему у нас так много разнообразия, и почему некоторые источники более разнообразны, чем другие?»
Колман приписывает это разнообразие уникальной геохимии бассейна гейзеров Smoke Jumper, особенно SJ3. Он сказал, что SJ3 - идеальное место для того, чтобы начать понимать, как геологические процессы приводят к повышенному содержанию вулканических газов в гидротермальных системах и как это, в свою очередь, поддерживает микробную жизнь, которая зависит от химических источников энергии, а не от энергии света.
«Мы показываем, что это связано с его географическим положением и, не говоря уже о том, что он находится на вершине одного из крупнейших действующих вулканов в мире», - сказал он. «SJ3 расположен на большой высоте на континентальном водоразделе, особенности, которые не позволяют глубоким гидротермальным водоносным горизонтам достигать этой области».
Колман сказал, что SJ3 и другие подобные источники питаются большими объемами вулканических газов, которые образуются при кипении гидротермальных вод, когда они поднимаются к поверхности. Эти газы могут смешиваться с приповерхностными водами, такими как недавние дожди или талый снег.
Он отметил, что вулканический газ, который попадает в SJ3, сильно отличается от газов, присутствующих в нашей атмосфере, тем, что в нем отсутствует кислород. Скорее вулканический газ обогащен водородом, метаном и окисью углерода, в то время как вода, которую он пропитывает, сильно окислена или богата кислородом. Смешение таких различных типов жидкостей, вероятно, улучшает условия, которые могут поддерживать микробную жизнь, что приводит к большему разнообразию и предоставляет новые возможности для использования их «газовой» среды.
Сравнивая SJ3 со шведским столом, Колман сказал: «Точно так же, как большее разнообразие блюд привлекает большее количество разных людей, так же и горячий источник, предлагающий различные химические условия».
Так почему же исследователи МГУ сосредоточили свое внимание именно на этом горячем источнике, если в Йеллоустоуне есть 14 000 горячих источников, которые они могли бы исследовать?
Давно интересуясь ролью водорода в поддержании микробов, которые получают свою энергию от химических веществ, а не от света, Бойд сказал, что горячие источники Smoke Jumper и другие горячие источники парка были обследованы в 1920-х и начале 1930-х годов учеными из Карнеги. Институт Вашингтона. Они опубликовали свои выводы в 1935 году, а более поздняя работа Геологической службы США указала на особенно большие объемы вулканического газа в бассейне гейзера Дым-Джампер. Зная это, Бойд и еще четверо провели день в Йеллоустоне в июле 2014 года, собирая образцы из SJ3 и трех близлежащих горячих источников.
«Просто взгляд на горячий источник не обязательно говорит вам, насколько он биоразнообразен», - сказал Бойд. «Но как только мы измерили pH источника и сделали другие измерения, мы поняли, что пробуем уникальный источник».
Колман сказал, что потребовалось примерно еще три года, чтобы провести тесты генетического секвенирования и проанализировать результаты, которые выявили разнообразие микробного сообщества. Большинство горячих источников содержат несколько типов микробных организмов. В нем находились представители почти половины всех известных групп микроорганизмов, живущих на Земле, в том числе десятки и десятки некультивируемых архейных и бактериальных линий.
Более того, многие из линий, которые мы обнаружили в SJ3, недавно привлекли значительное внимание из-за их потенциальной информации об эволюции метаногенеза (биологическом создании метана), в дополнение к ранее неизвестным типам метаногенов, и глубоко разветвленные микробные линии, связанные с подповерхностной средой, и многие другие загадочные линии», - сказал Колман.«Вполне вероятно, что дополнительные исследования таких систем и интересных организмов в них дадут дополнительные важные сведения об экологии микробов и прольют новый свет на их роль в эволюции биогеохимических процессов».