Мидия в чашке Петри Дэна Дистеля была чуть больше рисового зёрнышка. На его глазах золотой полупрозрачный двустворчатый моллюск вытянул длинную бледную ногу и волочил свою раковину по пластику. Дистель, директор Центра наследия генома океана, некоммерческой организации, которая исследует и сохраняет находящиеся под угрозой исчезновения морские виды, препарировал части дерева, собранные из остатков плейстоценового леса на глубине около 20 метров под водой у побережья Алабамы. Мидия была укрыта в осыпающемся куске древнего кипариса.
Дистель искал корабельных червей — длинных мясистых моллюсков, питающихся древесиной. Прозванные «морскими термитами», корабельные черви зарываются в древесину и поедают её с помощью множества бактерий, живущих в их жабрах. Дистель и его коллеги надеются, что эти бактерии могут стать источником новых антибиотиков и других фармацевтических соединений. Но его команда также документирует и сохраняет любые другие виды, поселившиеся в затопленном лесу.
В самой маленькой мидии могут обитать симбиотические бактерии, из которых могут образовываться полезные соединения.
Дистель никогда раньше не видел мидию, но она выглядела смутно знакомой. Это напомнило ему о больших мидиях, обычно встречающихся в морских глубинах. Если окажется, что они связаны между собой, этот новый вид станет первым в этой группе, найденным так близко к поверхности океана.
Мидия — лишь один из необычных видов беспозвоночных, которых Дистель и его коллеги-исследователи нашли в затопленном лесу. Десятки тысяч лет лес лежал погребённым под слоями густой грязи и песка на дне Мексиканского залива, нетронутый временем. Густая грязь защищала пни, семена и даже пыльцу от разрушительного действия разложения.
В 2004 году ураган «Иван» сорвал эти слои защиты, обнажив придонный лес и создав убежище для морской жизни на голом песчаном ландшафте. Теперь рифовые рыбы порхают по размытому пути старого русла реки; анемоны растут на больших опорных корнях, отходящих от давно умерших лысых кипарисов; а креветки, крабы и другие беспозвоночные прижились в открытых бревнах и пнях.
В последний раз, когда этот лес увидел свет, отступающие ледники всё ещё покрывали огромную часть Северной Америки, запирая большую часть воды планеты во льду.
Уровень моря в Мексиканском заливе был на несколько десятков метров ниже, а континент по-прежнему оставался территорией мамонтов и саблезубых кошек.
Возвышающиеся лысые кипарисы, некоторые из которых были около 2 метров в ширину, стояли в низменном внутреннем болоте, в метрах от побережья. «Найти сохранившийся ландшафт того периода — большая редкость, — говорит Кристин Делонг, палеоклиматолог из Университета штата Луизиана. Делонг работала с подводным лесом в течение последнего десятилетия, используя его, чтобы лучше понять климатические изменения в Персидском заливе и пытаясь понять, как он так хорошо сохранился.
Фото: e551mm.com
Сами деревья оказались слишком старыми для методов радиоуглеродного анализа, но Делонг и её коллеги смогли оценить, что лес погиб и был быстро погребён в период между 50 000 и 70 000 лет назад. На деревьях нет признаков повреждений от болезней, насекомых или огня. Исследователи считают, что лес мог быть уничтожен сильным наводнением или притоком солёной воды из поднимающегося уровня моря.
Какое бы событие ни произошло в лесу, оно было внезапным. Записи годичных колец показывают, что, хотя деревья последние 80 лет своей жизни подвергались стрессу, все они погибли в течение одного года.
Учитывая, насколько хорошо сохранилась древесина (даже кора цела), деревья, должно быть, вскоре после этого были засыпаны грязью, которая предохраняла их от разложения.
Когда уровень моря поднялся, песок покрыл грязь, и все следы леса исчезли под волнами. Лес оставался скрытым до тех пор, пока ураган «Иван» не прорвался через Мексиканский залив в 2004 году. «Иван» уже опустошил несколько карибских островов и убил 67 человек, прежде чем обрушиться на берег в Алабаме при устойчивых ветрах со скоростью около 120 миль в час. Сильный шторм поднял 25-метровые волны в Персидском заливе, смыв почти 3 метра песка с морского дна и раскопав поле удивительно хорошо сохранившихся пней и остатков леса. Морские животные быстро воспользовались новой средой обитания.
Многие морские организмы, особенно живущие в экосистемах с высокой плотностью, таких как коралловые рифы, используют системы химической защиты, чтобы обезопасить себя и своё пространство. Несколько существующих лекарств от рака, таких как цитарабин, который используется для лечения лейкемии, были разработаны из соединений, вырабатываемых животными, живущими на рифах, и ещё более многообещающие лекарства, возможно, для лечения рака мозга, находятся в пути из морских глубин, сообщается в журнале Хакай.
Многочисленное морское сообщество, заявившее права на подводный лес, предоставляет учёным возможность найти необычные молекулы, созданные существами, борющимися за существование в уникальной новой экосистеме. И симбиотические бактерии — микробы, живущие внутри другого существа на благо им обоим, — могут быть хорошей отправной точкой, поскольку они уже доказали, что могут сосуществовать с клетками животных.
Бейли Миллер, химик из Университета Юты, который занимается анализом бактерий корабельных червей, говорит, что гипотеза заключается в том, что черви создают молекулу, которая может убить конкурентов, не убивая хозяина. И учёные думают, что это будет преобразовано в молекулы, которые будут работать как антибиотики для другой живой системы, такой как люди. Если эти молекулы могут убивать бактерии, не причиняя вреда, они могут стать ценными для человека.
Симбионтов корабельных червей необычайно легко выращивать в лаборатории. Многие симбиотические бактерии начинают сильно зависеть от своих хозяев в плане выживания, теряя гены, необходимые для самостоятельного выживания. Но симбионты корабельных червей по-прежнему имеют большие геномы и способны независимо развиваться в лабораторных условиях. Исследователи уже выделили несколько сотен бактериальных штаммов из корабельных червей, собранных в подводном лесу, и определили около 20 новых видов. Они находятся в процессе секвенирования геномов этих бактерий, чтобы найти потенциальные антибиотические соединения. Процесс занимает некоторое время.
Фото: hi-news.ru
После секвенирования бактериального генома исследователи ищут группы генов, составляющих сложную молекулу, которая может быть антибиотиком. Когда они находят те, которые выглядят многообещающе, они проверяют геномы других бактерий корабельных червей на наличие похожих кластеров генов — если они видят что-то в нескольких штаммах бактерий, это, скорее всего, будет важно для симбиоза и молекулы, которая может быть полезна. Затем они выделяют эти конкретные соединения и тестируют их.
Миллер и его коллеги добились определённого успеха в этой технике, используя симбионтов корабельных червей из США, Филиппин и Бразилии. Они идентифицировали генный кластер, обнаруженный в бактериальных штаммах в этих местах, и антибиотик, который он производил, был способен убивать лекарственно-устойчивые штаммы Acinetobacter, вида бактерий, которые легко распространяются в больницах и могут вызывать опасные инфекции в легких пациента, кровотоке, или мочевыводящих путей.
Они надеялись, что корабельные черви в Персидском заливе помогут им идентифицировать новые кластеры генов для изучения, а не просто указать на уже обнаруженные. Дистель и Миллер посетили подводный лес в конце 2019 года вместе с группой исследователей, чтобы собрать свой первый набор образцов. Вода была настолько мутной от осадка, что они почти полностью на ощупь собирали куски дерева с этого места.
Фото: hi-news.ru
Последующие поездки были отложены из-за
пандемии COVID-19, но это не помешало исследователям продолжать пополнять свою микробную библиотеку. Учёные оставляют свежие блоки кипариса в качестве приманки и забирают их через несколько месяцев. Некоторые из блоков в конечном итоге погребены в зыбучих песках, унесены бурями или рассыпаны на куски трудолюбивыми беспозвоночными. Но те, что остались, испещрены норами корабельных червей, извивающихся жизнью.
Исследователи насчитали до 50 пней, стоящих над отложениями, когда территория была расчищена. В другие дни многие из этих деревьев видны только как круг дерева, торчащий из песка. И каждый проходящий ураган может снова похоронить всё это или очистить новую территорию, раскопав ещё больше леса. Делонг знает, что там есть ещё деревья. Пока её команда собирает данные на этом участке, они работают над моделями, чтобы предсказать, где другие участки леса могут лежать под морским дном.
Этим летом они привезут систему трёхмерной визуализации, которая использовалась для обнаружения захороненных кораблекрушений для сканирования вероятных областей.
Прошлым летом, через полгода после того, как ураган Салли пронёсся по этому району, Делонг обнаружила ещё одну группу кипарисовых пней, торчащих из песка.
Каждая недавно обнаруженная секция деревьев может помочь Делонг понять условия, которые привели к захоронению леса, и помочь специалистам по моделированию климата предсказать, как нынешнее повышение уровня моря может изменить прибрежные районы.
И по мере того, как морские сообщества перемещаются, чтобы воспользоваться этими неожиданными местами обитания, потенциал для новых видов и новых лекарств только увеличивается.
Фото: pixabay.com
Каждое открытие открывает новые направления исследований. Учёные хотят выяснить, какое место в дереве эволюции занимает маленькая золотая мидия. Может быть, некоторые личинки мидий из глубокого моря попали на мелководье и эволюционировали, чтобы выжить? Или мелководные мидии уносились на глубину? И где жило это существо до того, как из песка торчали пни? Только время и дополнительные исследования покажут. Но на данный момент Дистель и его коллеги окрестили любопытного двустворчатого моллюска «субмаресильва» — на латыни «подводный лес».