Вашингтон, округ Колумбия. Группа немецких, испанских и американских исследователей, взяв пробы отложений у побережья Намибии, наткнулась на самые большие из когда-либо известных бактерий. Крупнейший из этих одноклеточных микробов виден невооруженным глазом, он примерно такой же большой, как точка в конце этого предложения, и почти в 100 раз больше, чем предыдущий бактериальный рекордсмен. В дополнение к своим гигантским размерам, новый микроб представляет собой экзотический организм, который является убедительным доказательством связи между двумя ключевыми экологическими циклами, которые до недавнего времени считались взаимоисключающими в океане: циклами серы и азота. Открытие описано в выпуске журнала Science от 16 апреля 1999 года.
«Когда я им сказал, мои коллеги сначала не поверили мне, потому что бактерии были такими большими», - вспоминает Хайде Шульц, доктор философии. студент Института морской микробиологии им. Макса Планка, обнаруживший блестящих бактериальных гигантов в отложениях, которые они затащили в исследовательскую лодку. «Но я некоторое время работал с экзотическими бактериями и сразу понял, что это серобактерии».
Исследователи назвали новую бактерию Thiomargarita namibiensis, что означает «Серная жемчужина Намибии». Микробы хранят элементарную серу непосредственно под клеточной стенкой, а также нитраты в огромном центральном мешочке, который блестит мутной сине-зеленой белизной. Они также свободно срастаются в нити, что заставляет исследователей сравнивать их с нитями диковинных жемчужин. Самые большие клетки имеют диаметр три четверти миллиметра. Но чтобы лучше понять, насколько это велико, полезно провести аналогию: если бы самой большой Thiomargarita был синий кит, то обычная бактерия была бы немного меньше, чем новорожденная мышь. Самая крупная ранее известная бактерия - Epulopiscum fishelsoni, живущая в кишках рыбы-хирурга, - размером со льва.
Наряду с ведущим автором Шульцем в соавторстве научной статьи Тимоти Фердельман и Бо Баркер Йоргенсен, также из Института Макса Планка; Торстен Бринкхофф из Ольденбургского университета в Германии; Мариона Эрнандес Марине из Барселонского университета в Испании; и Андреас Теске из Океанографического института Вудс-Хоул в США. Первоначально ученые отправились на побережье Намибии в поисках двух других видов серобактерий, Beggiatoa и Thioploca, которые они изучали у тихоокеанского побережья Южной Америки. Гидрография там и у побережья Намибии очень похожа: в обоих случаях сильные океанские течения идут параллельно континентальному шельфу с севера на юг. Движение вращающейся Земли на восток толкает течения на запад и вызывает подъем глубоководных вод океана, которые необычайно богаты питательными веществами, на которых процветают фитопланктон и, следовательно, другие морские организмы.
Однако когда ученые достигли Намибии, они были удивлены, обнаружив только скудные уровни Beggiatoa и Thioploca. Вместо этого осадок кишел ранее неизвестной Тиомаргаритой.
И Thioploca, и Thiomargarita, близкие генетические родственники, сталкиваются с одной и той же экологической проблемой: как окислить ("съесть") сульфид с помощью нитратов. Нитраты присутствуют в морской воде, но обычно не проникают в бедные кислородом и богатые сульфидами отложения, где эти бактерии пытаются выжить. Что делает возможным их выживание, так это их необычная способность накапливать как серу, так и нитраты: «Это связывает циклы серы и азота, - говорит Шульц, - возможно, до такой степени, что ранее не вызывало должного доверия».
Такая связь представляет несомненный интерес для тех, кто хочет понять происхождение и природу жизни. Окружающая среда Земли и жизнь, которую она поддерживает, зависят от постоянного повторного использования определенных ключевых элементов, таких как углерод, азот и сера. Микроорганизмы вносят основной вклад в эту переработку, потому что они облегчают критические реакции, известные как восстановление и окисление. Эти реакции обеспечивают легкий перенос элементов в океаны, отложения и атмосферу и, в конечном счете, в другие организмы.
Недавно идентифицированные гигантские бактерии Thiomargarita присоединились к Thioploca в небольшом классе микробов, которые, как теперь известно, связывают циклы серы и азота. Учитывая, что сульфидов много в богатых планктоном районах апвеллинга, где были обнаружены микробы, Шульц задается вопросом, может ли «такой способ окисления сульфидов быть более важным для окружающей среды, чем мы думали».
Несмотря на общие черты, Thioploca и гигантская Thiomargarita выработали поразительно разные способы сбора мусора. Клетки Thioploca образуют нити, которые цепляются друг за друга и выделяют охватывающую оболочку из слизистой пленки. Оболочка служит своего рода вертикальным туннелем через отложения до вышележащей воды, позволяя нитям Thioploca скользить вверх и вниз и, таким образом, переключаться между источником пищи и нитратами, необходимыми им для ее метаболизма. С другой стороны, микробы тиомаргариты не образуют нитей и не подвижны. Они существуют в виде тяжей одиночных, неприкрепленных клеток, равномерно разделенных слизистой оболочкой. Большинство нитей, наблюдаемых Шульц и ее коллегами, были линейными и содержали в среднем 12 клеток. Самые длинные цепочки из 40-50 клеток имели тенденцию легко распадаться при манипуляциях; несколько цепочек, разветвленных или свернутых в клубок.
Примечательно, что Thiomargarita наиболее обильно появлялась (а Thioploca - совсем нет) в необычно рыхлом, рыхлом осадке, богатом планктоном - жидком зеленом иле, легко взвешенном в меняющихся океанских течениях. Шульц предполагает, что вертикальные оболочки Thioploca плохо поддерживаются в такой иле, в то время как бактерии Thiomargarita, похожие на воздушные шары, могут пассивно плавать, запасая серу до тех пор, пока не вступят в контакт с нужным им нитратом. Однако, не имея возможности активно бродить, Thiomargarita рискуют долго голодать по нитратам, что они, кажется, переносят без особых проблем. Как говорит Шульц, «они не могут двигаться, но, в отличие от Thioploca, могут задерживать дыхание на месяцы, пока не получат то, что им нужно».
Гигантские микробы также примечательны своей способностью выдерживать высокие уровни кислорода и сульфидов, которые оказались бы фатальными для их дальних родственников, Thioploca. Эти и другие необычные характеристики, по словам Шульца, обещают сделать «Серные жемчужины Намибии» предметом многочисленных исследований в ближайшие годы.
«Плотные популяции гигантской серной бактерии в отложениях шельфа Намибии» Х. Н. Шульца, Т. Г. Фердельмана, Б. Б. Йоргенсена в Институте морской микробиологии Макса Планка в Бремене, Германия; Т. Бринкхофф из Ольденбургского университета в Ольденбурге, Германия; М. Эрнандес Марине из Барселонского университета в Барселоне, Испания; А. Теске из Океанографического института Вудс-Хоул в Вудс-Хоул, Массачусетс. Контактное лицо: Хайде Шульц, тел. 49-421-2028-646 (телефон), 49-421-2028-690 (факс) или адрес электронной почты hschulz@mpi-bremen.де