Микробы доминируют на планете, особенно в океане, и помогают поддерживать всю морскую пищевую сеть. В недавнем отчете, опубликованном в журнале Nature Microbiology, профессор океанографии Гавайского университета в Миноа (UHM) Эд Делонг и его команда сообщают о крупнейшем на сегодняшний день каталоге генов микробиома с одним сайтом. Благодаря этой новой информации команда обнаружила, что ограничение питательных веществ является центральной движущей силой эволюции геномов океанских микробов.
Морские микробы как группа чрезвычайно разнообразны и универсальны в отношении своих метаболических возможностей. Вся эта изменчивость закодирована в их генах. Некоторые морские микроорганизмы имеют генетические инструкции, которые позволяют им использовать энергию солнечного света для превращения углекислого газа в органическое вещество. Другие используют органические вещества в качестве источника углерода и энергии и производят углекислый газ в качестве конечного продукта дыхания. Были обнаружены и другие, более экзотические пути.
"Но как охарактеризовать все эти разнообразные черты и функции практически невидимых организмов, количество которых приближается к миллиону клеток на чайную ложку морской воды?" - спросил Делонг, старший автор статьи. «Этот вызов решает недавно созданный исчерпывающий каталог генов микробов, населяющих океанские воды к северу от Гавайских островов».
Пробы воды собирались в течение двух лет, и современные технологии секвенирования генома использовались для расшифровки генов и геномов наиболее распространенных микробных видов в верхних 3000 футов воды в Гавайском океане. (ГОРЯЧАЯ) Программа открытого океанского поля, станция ALOHA.
Непосредственно под освещенным солнцем слоем команда наблюдала резкий переход в присутствующих микробных сообществах. Они сообщили, что основные строительные блоки микробов, их геномы и белки, резко изменились на глубине от 250 до 650 футов.
«В поверхностных водах микробные геномы намного меньше, а их белки содержат меньше азота - логичная адаптация в этой среде с недостатком азота», - сказал Даниэль Менде, исследователь с докторской степенью в Школе океана и Земли UHM. Наука и технологии (SOEST) и ведущий автор статьи. «В более глубоких водах, на глубине от 400 до 650 футов, микробные геномы становятся намного больше, а их белки содержат больше азота, в тандеме с увеличением доступности азота с глубиной».
«Эти результаты показывают, что доступность питательных веществ в окружающей среде может фактически формировать то, как микробные геномы и белки развиваются в дикой природе», - сказал Делонг.«Другой удивительный вывод исследования заключается в том, что наблюдаемая микробная «геномная переходная зона» возникает в очень узком диапазоне глубин, прямо под освещенным солнцем слоем. Ниже примерно 650 футов фундаментальные свойства микробных геномов и белков относительно постоянны. путь вниз к морскому дну."
В сотрудничестве с группой компьютерных наук под руководством профессора Бонни Гурвиц из Университета Аризоны новая база данных доступна для ученых со всего мира, которые стремятся описать природу и функции микробов в мировых океанах.
«Эти новые данные обеспечат важный инструмент для понимания природы и функции микробиома океана сегодня, а также помогут предсказать его траекторию в будущем», - сказал ДеЛонг..