Хемосинтетические симбионты - это бактерии, живущие внутри или на поверхности животных, снабжающие своего хозяина пищей, которая иначе была бы ему недоступна. Давно известно, что эти бактерии фиксируют углерод и переводят его в органические формы. Микробиолог Джиллиан Петерсен и ее коллеги из Венского университета и Института морской микробиологии им. Макса Планка обнаружили, что то же самое возможно и для азота. Хемосинтезирующие бактерии превращают инертный газообразный азот в биодоступные формы. Поскольку азот часто является ограничивающим питательным веществом в океане, эти бактерии могут способствовать росту морских экосистем.
Способность фиксировать азот была обнаружена у хемосинтетических симбионтов морских моллюсков-люцинид и червей-нематод. Симбиотические моллюски и черви, изученные в этом исследовании, встречаются в прибрежных морских водах по всему миру. В некоторых регионах моллюски даже считаются деликатесом. «Хемосинтетический» означает, что бактерии обладают особой способностью производить первичную продукцию при полном отсутствии солнечного света, используя только энергию, запасенную в химических связях. Эта симбиотическая первичная продукция достаточно эффективна, чтобы обеспечить источник пищи как для бактерий, так и для животных-хозяев.
Используя современные технологии секвенирования ДНК, Петерсен и ее коллеги обнаружили все гены, необходимые для фиксации азота у симбионтов этих червей и моллюсков. Ранее не было известно ни о каком морском хемосинтетическом симбионте, способном фиксировать азот. «Наше открытие особенно удивительно, потому что эти бактерии, вероятно, способны поглощать азот из своего окружения, а также перерабатывать азотные отходы своих хозяев», - говорит Петерсен.«Похоже, им не нужно было бы чинить вещи». Поэтому команда также использовала транскриптомный и протеомный анализ моллюсков и действительно обнаружила экспрессию генов фиксации азота. «Это указывает на то, что эти симбионты активно фиксируют азот внутри своих хозяев», - продолжает Петерсен. Изотопный состав азота моллюсков показал типичные признаки биологически фиксированного азота, что также указывает на активную фиксацию азота симбионтами.
Доцент Джиллиан Петерсен, которая исследует эти симбиозы в Венском университете, а ранее в Институте морской микробиологии им. Макса Планка в Германии, возглавила группу исследователей, сделавших это открытие. Команда в Вене объединила усилия с институтами по всему миру, включая Институт Макса Планка, Университет Монпелье во Франции, Университет Калгари в Канаде и Институт Гидры в Италии. «Большая часть нашей полевой работы была проведена в Институте ГИДРЫ на Эльбе», - говорит доктор. Улисс Кардини, исследователь с докторской степенью в команде Петерсена и опытный дайвер, который собрал многие образцы во время подводного плавания. «Кроме того, наши коллеги Николас Хиггс из Морского института Плимутского университета и Джон Тейлор из Музея естественной истории в Лондоне щедро поделились с нами своими коллекциями образцов, поэтому мы смогли найти эти гены фиксации азота у видов морских моллюсков со всего мира. мир - и мы их нашли. Способность фиксировать азот, вероятно, широко распространена у этих животных-ассоциированных бактерий», - говорит Кардини.
«Фиксация азота хемосинтетическими симбионтами долгое время игнорировалась», - говорит Петерсен. «С момента их открытия в глубоком море в конце 1970-х годов мы потратили почти четыре десятилетия на изучение роли симбионтов в обеспечении источников углерода, таких как сахара, для их хозяев». Однако даже морские моллюски не могут жить только за счет сахара. Это новое исследование повышает вероятность того, что эти симбионты могут обеспечить неожиданное преимущество естественного источника азота для увеличения рациона своего хозяина. Они могут даже удобрять окружающую среду обитания, выделяя доступный азот в окружающую воду. «Наши будущие исследования направлены на то, чтобы ответить на вопрос: помогают ли эти морские симбиотические бактерии «удобрять» океаны?»