Ученые отмечают, что пятая часть всей биомассы нашей планеты состоит из организмов, обитающих в так называемой «подземной биосфере», которая включает осадочные и магматические породы, водоносные горизонты и нефтяные пласты. Эти микробные сообщества, защищенные от быстроменяющихся природных явлений на поверхности Земли, эволюционируют медленно и могут напоминать экосистемы, существовавшие миллионы и даже миллиарды лет назад. Микробиологи ФИЦ Биотехнологии РАН в сотрудничестве с геологами МГУ им. М.В. Ломоносова изучили микроорганизмы минеральных вод «Ессентуки», добываемых из скважин на глубине около 1 км. Об этом сообщает «Indicator».
В результате исследования было установлено, что в самом глубоком водоносном горизонте преобладают бактерии, аналогичные предполагаемому последнему общему предку всех живых организмов (Last Universal Common Ancestor, LUCA), который существовал 3,4 миллиарда лет назад (по некоторым данным, более 4 миллиардов лет назад). Ученые выяснили, что сложные геологические и гидрохимические факторы в подземном Ессентукском месторождении минеральных вод создают условия, которые можно считать современной моделью древних экосистем Земли. Открытие было описано в статье, опубликованной в журнале mBio.
Ессентукское месторождение минеральных вод включает несколько водоносных горизонтов, возраст которых сопоставим с динозаврами и относится к верхнеюрскому, нижнемеловому и верхнемеловому периодам. Однако полученные образцы могут предоставить «окно» в более далекое прошлое нашей планеты. Подземные условия, в отличие от поверхностных, где факторы, такие как влажность, температура и освещенность, могут изменяться мгновенно, гораздо более стабильны. Микроорганизмы подземной биосферы существуют без света, им практически не поступает кислород и питательные вещества с поверхности, а движение воды происходит очень медленно. В основном они используют растворенные в воде минеральные вещества и газы, а также минералы из окружающих пород. В результате подземные обитатели эволюционируют медленно, изменяясь под давлением внешних факторов. Микробные сообщества, описанные исследователями ФИЦ Биотехнологии РАН, оказались похожими на самых ранних обитателей Земли.
Первый автор статьи Дарья Заварзина, старший научный сотрудник лаборатории метаболизма экстремофильных прокариот ФИЦ Биотехнологии РАН, рассказала о результатах анализа геологических и гидрохимических параметров трех водоносных горизонтов и области питания подземных вод. Самый глубокий водоносный горизонт стал первой известной современной экосистемой, где 80–90% сообщества составила ацетогенная бактерия, использующая углекислый газ и водород как источники энергии, что также предполагается для «Луки».
В предыдущих исследованиях группа микробиологов сосредоточилась на скважинах №49-Е и №46, где с XIX века добываются известные воды «Ессентуки №4» и «Ессентуки №17». Полезные свойства этих вод обусловлены высокой концентрацией гидрокарбонат-ионов, борной кислоты и углекислого газа. В сообществах этих скважин преобладали древние безъядерные микроорганизмы (прокариоты) – археи Hadarchaeota, которые не удалось вырастить в лабораторных условиях, и бактерии филума Actinomycetota.
В новой работе ученые проанализировали микробные сообщества из трех водоносных горизонтов, взяв образцы из пяти скважин. Они выяснили, что разнообразие обитателей водоносных горизонтов напрямую зависит от глубины их залегания. Наибольшее разнообразие наблюдалось в сообществе приповерхностных вод, добываемых из скважины №70, большинство микроорганизмов которой не культивировались в лабораторных условиях. В минеральных водах типа «Ессентуки №4», добываемых из скважин №49-Е и 71, доминировали представители Methanobacteriota, а также некультивируемые Aminicenantia и актиномицеты класса Coriobacteriia. Воды из скважины №46, откуда добывается вода «Ессентуки №17», отличались большим разнообразием некультивируемых архей.
Вода скважины 75-бис, относящейся к самому глубокому, верхнеюрскому горизонту, отличалась самым низким биоразнообразием. 80–95% сообщества составляла термофильная гидрогенотрофная ацетогенная бактерия Aceticella autotrophica, ранее описанная при изучении проб из камчатских горячих источников. Эти бактерии получают энергию, перерабатывая углекислый газ и водород в органику и воду, что также могло происходить у «Луки».
Дарья Заварзина заключила, что исследование подземных микробных сообществ может помочь не только узнать больше об эволюции отдельных микроорганизмов, но и понять, как менялся состав биосферы в течение геологической истории Земли до появления высших организмов.
Источник – Служба новостей ГеоИнфо