Генетические данные раскрывают скрытую подледниковую экосистему, развивающуюся изолированно
В отдаленном полевом лагере в Западной Антарктиде ученые пробурили 1100 метров льда, чтобы добраться до вечно темных вод подледникового озера Мерсер.
Ученым удалось получить самое близкое представление о обитателях холодного подземного мира.
Анализ генетических схем почти 1400 микробов, взятых из одного погребенного антарктического озера, показывает, что эти одноклеточные существа обладают удивительно гибким метаболизмом и эволюционно далеки от любых других известных микробов, сообщают исследователи 18 августа в Nature Communications.
Западная Антарктида, усеянная подледными реками и озерами, в три раза больше Техаса и покрыта километровым или более слоем льда. Этот холодный, темный ландшафт “представляет собой огромную область нашей планеты, [где] мы понятия не имеем, что происходит”, — говорит Александр Мишо, полярный микробиолог из Университета штата Огайо в Колумбусе, который не принимал участия в исследовании. По его словам, эта новая работа дает “беспрецедентный, подробный обзор того, кто там живет и как они это делают”.
Ученые взяли пробы жидкой воды и грязи только из двух из более чем 600 подледниковых озер, известных в Антарктиде. Впервые, в 2013 году, команда из Соединенных Штатов пробурила 800 метров ледникового покрова и извлекла образцы из озера Уилланс в Западной Антарктиде.
Каждый миллилитр воды озера содержал 130 000 живых клеток. Используя метод “штрих-кодирования ДНК”, команда из США проанализировала один ген в образцах и обнаружила, что микробы в озере, как правило, принадлежали к группам, которые были хорошо известны в других частях света. В то время это было большим достижением.
Но когда в 2018 году американские исследователи пробурили скважину в другом подледниковом водоеме под названием озеро Мерсер, у них были сотрудники, готовые изучить озерных микробов, используя более продвинутый метод, называемый амплификацией всего генома одной клетки.
Для нового исследования ученые из Корейского института полярных исследований в Инчхоне выделили 1374 микробные клетки и собрали воедино геном каждого организма. Анализ геномов выявил большой сюрприз: микробы, которые казались знакомыми на основе штрих-кода с одним геном, внезапно стали выглядеть намного более уникальными, когда был представлен весь их геном.
Это положило конец давним предположениям о том, что, возможно, эти микробы попали в озера, когда морская вода проникла под ледяной покров всего 6000 лет назад. Вместо этого, данные показывают, что микробы должны были жить там намного дольше.
“Они — специалисты” по жизни под ледниками, — говорит Кюин Хванг, биоинформатик из Корейского института полярных исследований, который проанализировал геномы. “Возможно, они адаптировались к этим условиям в течение очень долгого времени”.
Вероятно, они произошли от микробов, населявших сушу Антарктиды и, возможно, живших подо льдом с тех пор, как примерно 30 миллионов лет назад на континенте начали расширяться ледники.
Новые геномы также преподнесли еще один сюрприз: эти микробы были бактериальным эквивалентом швейцарских армейских ножей. Многие из них могли бы расти как с кислородом, так и без него. Многие могли бы питаться органическим углеродом, таким как мертвые клетки, и поглощать углекислый газ для производства собственной пищи, как это делают растения. Но вместо того, чтобы использовать солнечный свет для поглощения CO2, они использовали другие метаболические пути в качестве источников энергии, часто окисляя железо или серу из измельченных минералов.
“Именно эта универсальность позволяет им выживать” подо льдом, — говорит Ханбюль Ли, микробиолог-эколог из Корейского института полярных исследований.
Это суровая среда, в которой животным почти нечего есть, кроме щебня, говорит Брент Кристнер, полярный микробиолог из Флоридского университета в Гейнсвилле, который принимал участие в отборе проб как на озере Уилланс, так и на озере Мерсер. “В хороший год эти микробы могут размножаться дважды в год”, — говорит он.
Количество насыщенной кислородом воды, поступающей в эти озера из рек, расположенных выше по течению, также колеблется. “Вероятно, в этих озерах действительно часто не хватает кислорода”.
Кристнер считает, что микробы, обитающие в озере Мерсер, вероятно, были занесены туда из тех частей континента, которые находятся дальше от берега — мест, гораздо более изолированных от внешнего мира, где еще меньше пищи. По антарктическим меркам, озера Мерсер и Уилланс могут быть довольно уютными местами, говорит он. “Вероятно, это тропические леса Антарктиды”.