Это морские микробы, разнообразная группа организмов, в которую входят микроводоросли, вирусы, бактерии и археи. Они служат основой морской пищевой цепи и отвечают за контроль над потоком питательных веществ и здоровьем океана.
Но, учитывая их распространенность, очень мало известно о том, как они взаимодействуют и осуществляют фундаментальные процессы в океане, особенно в глубоких водах с низким содержанием кислорода, где последствия изменения климата становятся значительными. В этих областях до половины всего доступного азота — питательного вещества, необходимого для всей океанской жизни — теряется из-за микробных процессов, происходящих с перегрузкой из-за более теплой океанской воды и меньшей циркуляции.
Теперь команда Вашингтонского университета пролила новый свет на распространенные, но малоизученные бактерии, обитающие в этих областях. Путем культивирования и секвенирования всего генома микроба океанологи обнаружили, что он вносит значительный вклад в удаление жизненно необходимого азота из воды новыми и неожиданными способами.«Если мы хотим понять, как работают океаны, и иметь возможность моделировать их любым прогнозным способом, нам нужно более точно понимать, каковы входные и выходные данные», — сказал старший автор Роберт Моррис, доцент океанографии из Университета штата Вашингтон. . «Это важный организм, который связывает углерод, участвует в потере азота и находится в тех частях океана, которые меняются из-за изменения климата.
Теперь у нас есть первая в мире культура в лаборатории, и мы можем изучать ее физиологию».Результаты появятся 19 июля в издании «Междисциплинарный журнал микробной экологии».
Этот организм, получивший название Candidatus Thioglobus autotrophicus, присутствует в водах с низким содержанием кислорода по всему миру и является одним из доминирующих организмов в этих областях — от 40 до 60 процентов всех клеток в некоторых регионах.
Живые существа используют кислород для своей метаболической деятельности, но в районах с низким содержанием кислорода бактерии и археи эволюционировали, чтобы «дышать» другими элементами, доступными в морской воде. Одним из них является химическое вещество под названием нитрат, которое при вдыхании выделяет газообразный азот.
Этот газ улетучивается в атмосферу, эффективно покидая океан и удаляя ценный азот из воды.Считается, что бактерии, выращенные и секвенированные океанографами из UW, играют большую роль в удалении азота из океана, но до сих пор ученые не имели полной картины того, как это произошло.«Мы заполняем пробелы, предоставляя полный геном», — сказала ведущий автор исследования Вега Шах, докторант в океанографии UW. «Теперь мы можем говорить о том, что эти организмы могут и что не могут делать».Исследовательская группа подтвердила, что бактерии способствуют потере азота, но не так, как ожидалось.
В частности, они отвечают за ключевой этап — преобразование нитрата в аналогичное химическое вещество, называемое нитритом, — которое затем используется для подпитки других процессов удаления азота. Более ранние исследования выдвинули гипотезу, что эти микробы также производят аммиак, еще одно азотсодержащее химическое вещество.
Вместо этого команда UW обнаружила, что микробы потребляют аммиак, по сути конкурируя с другими организмами за это соединение азота, которое также важно для роста и развития.В глобальном масштабе области океана, где обитают эти бактерии, становятся все больше, поскольку изменение климата создает условия, которые создают зоны с низким содержанием кислорода, включая более высокие температуры океана и меньшую циркуляцию воды.
«В целом мы знаем, что различные типы зон с минимальным содержанием кислорода, в которых обитают эти организмы, становятся все больше и устойчивее», — сказал Шах. «Таким образом, какое бы влияние ни оказывали эти насекомые на химический состав воды и атмосферу, все большее значение будет иметь — в основном, их среда обитания расширяется».Вырастить этот организм в лаборатории было непростой задачей.
Океанологи из UW объединили несколько методов, чтобы культивировать бактерии как можно ближе к их естественной океанской среде. Потребовался почти год, чтобы стабилизировать их до такой степени, чтобы исследователи могли начать проводить физиологические эксперименты.Однако даже эксперименты заняли больше времени, чем обычно, потому что эти организмы растут намного медленнее, чем большинство культур, выращиваемых в лаборатории.
«Большинство экспериментов длились от 10 до 15 дней, потому что они росли очень медленно. Но преимущество в том, что они на самом деле ведут себя очень похоже на то, как они ведут себя в океанской среде», — сказал Моррис.Шах собрал этот организм во фьорде с низким содержанием кислорода у побережья Британской Колумбии на НИС «Томас Г. Томпсон» во время студенческого исследовательского круиза.
Затем она использовала эти организмы для выращивания идентичного потомства в лаборатории.Далее исследователи изучат роль этих бактерий в круговоротах углерода и серы в океане.
Они также недавно получили финансирование Национального научного фонда для изучения этого организма и его родственников в других районах мира с низким содержанием кислорода, в том числе у побережья Мексики.