Некоторые микробы, обнаруженные в горячих источниках Йеллоустоунского национального парка, могут хранить секреты эволюции жизни
на Земле.
Микробы можно найти практически в любой среде на Земле, включая бурлящие горячие источники Йеллоустоунского национального парка. Немногие организмы могут выдержать кипящую воду, как недавно обнаружил один несчастный бизон. Однако понимание того, как эти микробы выжили и адаптировались в этой суровой среде, может помочь людям понять, как развивалась жизнь на Земле и почему эти горячие источники являются важной частью научных исследований.
В исследовании, опубликованном в «Nature Communications», анализируются три микроба, собранные из двух разных горячих источников в Йеллоустонском национальном парке, и раскрывается, как они могли адаптироваться в среде с низким содержанием кислорода и эволюционировать, чтобы выживать сегодня.
Жизнь в условиях низкого содержания кислорода
Для этого исследования учёные из Монтанского государственного университета (MSU) проанализировали три микроорганизма из парка: Aquificota (Thermocrinis), Pyropristinus (Caldipriscus) и Thermoproteota (Pyrobaculum). Все три микроорганизма являются термофильными, то есть они процветают при высоких температурах, таких как более 87 градусов по Цельсию в горячих источниках, из которых они были собраны.
По словам исследователей Билла Инскипа, профессора кафедры земельных ресурсов и экологических наук MSU, и Менсура Длакича, доцента кафедры микробиологии и клеточной биологии MSU, два горячих источника в Йеллоустоуне, «Conch Spring» и «Octopus Spring», были выбраны для извлечения микроорганизмов из-за их геохимического сходства.
Хотя в исследовании отмечается, что в «Conch Spring» содержится больше сульфида и кислорода по сравнению с «Octopus Spring», эта разница позволяет исследователям сравнивать микробы при высоком и низком уровне кислорода.
Глубокие вдохи
Исследователи надеются, что собранная новая информация прольёт свет на эволюцию жизни до глобального изменения состава атмосферы Земли – Великого окисления, которое произошло примерно 2,4 миллиарда лет назад. До этого события атмосфера Земли содержала только около 2 процентов кислорода. После него его содержание резко возросло до 20 процентов.
«Когда содержание кислорода в окружающей среде начало расти, эти термофилы, вероятно, сыграли важную роль в зарождении микробной жизни», - говорит Инскип в пресс-релизе. «Произошла эволюция организмов, которые использовали кислород. В Октопус Спринг больше кислорода, и, конечно же, там больше аэробных организмов. Эти среды обитания имеют разные наборы организмов».
Микробы, которые анализировала исследовательская группа, все находятся в струях, которые живут в быстрых водных потоках. Они могут напоминать нитчатые водоросли или водоросли ламинарии, которые прикрепляются к камням и другим объектам в источнике. Они вырастают в виде нитей, которые, кажется, «извиваются» в воде.
Хотя все три термофильных микроорганизма были обнаружены в каждом источнике, команда обнаружила, что источник «Octopus Spring», в котором содержание кислорода выше, имел большее разнообразие микроорганизмов. Эти результаты показывают, что термофильные микроорганизмы были способны расти и адаптироваться в более богатой кислородом среде.
Незагрязнённая среда
Чтобы получить эти результаты, исследователи изучили дыхательные гены микробов из каждого источника и сравнили их. Они обнаружили, что гены микробов с низким содержанием кислорода из источника «Conch Spring»стали высокоэкспрессивными, что указывает на их более высокую активность.
Микробы в более насыщенном кислородом источнике «Octopus Spring» экспрессировали гены, которые более приспособлены к высокому уровню кислорода.
«Было бы очень сложно воспроизвести такой эксперимент в лаборатории; представьте, что нужно создать потоки горячей воды с точно необходимым количеством кислорода и сульфида», - говорит Инскип в пресс-релизе. «И это то, что так хорошо в изучении этих сред. Мы можем проводить эти наблюдения в точно таких же геохимических условиях, которые необходимы для процветания этих организмов».
Данный факт также служит напоминанием о том, почему эти термальные бассейны должны быть защищены. В недавнем инциденте с бизоном сотрудники парка решили не удалять животное, так как это могло бы нарушить жизнь бактерий, обитающих в горячем источнике. По данным Геологической службы США (USGS), на восстановление такого ущерба может уйти до года.
Хотя среднестатистический посетитель парка может и не задумываться о микробах, обитающих в термальных бассейнах Йеллоустонского национального парка, их изучение - ещё одна часть головоломки, когда речь заходит о понимании людей себя самих и
эволюции.
«Может показаться противоречивым понимать сложную жизнь, изучая что-то простое, но на самом деле именно с этого и нужно начинать», - говорт Длакич в пресс-релизе. «Нужно оглянуться назад, чтобы понять, где мы находимся сегодня».