Середина южной части Тихого океана находится настолько далеко от суши, насколько это вообще возможно. Солнечная радиация опасно высока, достигая УФ-индекса, который помечен как «экстремальный». В них отсутствуют частицы пыли или притоки с суши, в результате чего эти воды имеют чрезвычайно низкую концентрацию питательных веществ и поэтому называются «ультраолиготрофными». Хлорофиллсодержащий фитопланктон (мельчайшие водоросли) встречается только на глубинах более ста метров, что делает поверхностные воды южной части Тихого океана самыми чистыми в мире. Из-за своей удаленности и огромных размеров - Южно-Тихоокеанский круговорот охватывает 37 млн км2 (для сравнения, США охватывают менее 10 млн км2).) - это также один из наименее изученных регионов нашей планеты.
Несмотря на удаленность, как спутниковые, так и наземные измерения показывают, что микроорганизмы, обитающие в водах Южно-Тихоокеанского круговорота (ЮТГ), вносят значительный вклад в глобальные биогеохимические циклы. Таким образом, ученых из Бремена интересовало, какие микробы живут и активны в этой океанской пустыне. Во время шестинедельного исследовательского рейса на немецком исследовательском судне FS Sonne, организованного и возглавляемого Институтом морской микробиологии им. Макса Планка, Грета Рейнтьес, Бернхард Фукс и Тим Фердельман собрали сотни образцов вдоль 7000-километрового пути через Южно-Тихоокеанский круговорот из Чили в Новую Зеландию. Ученые отобрали микробное сообщество на 15 станциях на глубине от 20 до более 5000 метров, то есть от поверхности до морского дна.
Малое количество ячеек и неожиданные распределения
«К нашему удивлению, мы обнаружили примерно на треть меньше клеток в поверхностных водах южной части Тихого океана по сравнению с океаническими круговоротами в Атлантике», - сообщает Бернхард Фукс.«Вероятно, это было самое низкое количество клеток, когда-либо измеренное в поверхностных водах океана». Виды микробов были в основном знакомы: «Мы обнаружили в SPG такие же микробные группы, как и в других бедных питательными веществами регионах океана, таких как Prochlorococcus, SAR11, SAR86 и SAR116», - продолжает Фукс. Но среди доминирующих групп в хорошо освещенных поверхностных водах также появился неожиданный гость: AEGEAN-169, организм, о котором ранее сообщалось только в более глубоких водах.
Рейнтьес и ее коллеги обнаружили ярко выраженный вертикальный характер распределения микроорганизмов в SPG. «Состав сообщества сильно менялся с глубиной, что было напрямую связано с доступностью света», - сообщает Рейнтьес. Удивительно, но доминирующий фотосинтезирующий организм, Prochlorococcus, присутствовал в довольно малом количестве в самых верхних слоях воды и чаще на глубине от 100 до 150 метров. Однако нового игрока в игре, AEGEAN-169, было особенно много в поверхностных водах центрального круговорота.«Это указывает на интересную потенциальную адаптацию к ультраолиготрофным водам и высокому солнечному излучению», - отмечает Рейнтьес. «Это определенно то, что мы будем исследовать дальше». До сих пор сообщалось, что AEGEAN-169 находится только на глубине около 500 метров. «Вполне вероятно, что в этой группе есть несколько экологических видов, и мы будем проводить дальнейшие метагеномные исследования, чтобы изучить их значение в наиболее олиготрофных водах ЮЗГ».
Методологическая веха
Нынешнее исследование стало возможным только благодаря недавно разработанному методу, который позволил ученым анализировать образцы сразу после сбора. «Мы разработали новый встроенный конвейер анализа, - объясняет Рейнджес, - который предоставляет информацию об идентификации бактерий всего через 35 часов после отбора проб». Обычно эти анализы занимают много месяцев, сбор образцов, доставка их домой в лабораторию и анализ там. Этот конвейер сочетает в себе секвенирование нового поколения с флуоресцентной гибридизацией in situ и автоматическим подсчетом клеток.«Результатом разработок нашего метода является легко применимая система для эффективного, экономичного, всестороннего анализа микробного сообщества в полевых условиях», - отмечает Рейнджес. «Это позволяет экологам-микробиологам проводить более целенаправленный отбор проб, тем самым способствуя нашему пониманию разнообразия и метаболических возможностей ключевых микроорганизмов».