Хемотаксис формирует организацию микробиома океана
Уже около 40 лет ученые знают, что бактерии умеют плавать.
Но Жану-Батисту Райне потребовалось восемь лет исследований, чтобы обнаружить, что этот навык они активно используют в океане, и используют его для поиска своей любимой пищи. Райна, эколог-микробиолог из Технологического университета Сиднея, и его коллеги опубликовали результаты своих исследований вчера в журнале Nature. "В каждой чайной ложке морской воды содержится около пяти миллионов бактерий - огромная плотность клеток", - говорит Райна. "Тот факт, что бактерии плавают и что они могут реагировать на свою любимую пищу, имеет большое значение из-за огромного количества бактерий в океане", - говорит он.
Способность планктонных морских микроорганизмов активно искать и использовать химические очаги широко влияет на биогеохимию океана, но никогда не изучалась всесторонне in situ среди природных микробных сообществ. Но как отследить бактерии, плавающих в океане?
Чтобы сделать свое открытие, Райне и его команде пришлось придумать способ наблюдения за бактериями в открытом океане. Для этого они использовали кусок пластика размером с кредитную карту с небольшими отверстиями - изобретение, получившее название ISCA (In Situ Chemotaxis Assay). Несмотря на кажущуюся простоту, ISCA представляет собой элегантное и продуманное научное изобретение. До того как карточка будет помещена в океан, каждая лунка заполняется различными источниками пищи. Источники пищи состоят из различных видов фотосинтезирующих водорослей, которыми питаются бактерии. Химические следы этих водорослей затем распространяются в воде.
Подобно тому, как акулы чувствуют запах крови и плывут к ней, бактерии обнаруживают эти химические следы и подплывают к ним. Попав в лунку, бактерии оказываются в ловушке с помощью технологии, называемой микрофлюидикой. Затем можно достать пластиковую карту и посмотреть, какие бактерии отправились к тому или иному источнику пищи. Хотя у многих из нас бактерии ассоциируются со страшными болезнетворными микроорганизмами, но Райна подчеркивает, что большинство океанических бактерий безвредны. Но они влияют на углеродный цикл океана, азотный цикл и производство газов, которые влияют на атмосферу.
В результате экспериментов было установлено, что прокариоты, проявляющие хемотаксис по отношению к соединениям, производимым фитопланктоном, обладают способностью метаболизировать специфические химические вещества, производимые фитопланктоном, и продемонстрировали функции, способствующими симбиотическим отношениям, включая гены, участвующие в производстве сидерофоров, витаминов группы В и гормонов, стимулирующих рост.
"Наши результаты показывают, что плавательное поведение природных прокариотических сообществ регулируется специфическими химическими сигналами, которые диктуют важные процессы биогеохимической трансформации и установление экологических взаимодействий, составляющих основу морской пищевой сети", - рассказывает Райна. "Их роль в экологии водной среды действительно огромна".
Райна считает, что его работа поможет в моделировании океанических процессов, включая создание климатических моделей. "Бактерии учитывались в этих моделях на протяжении десятилетий, но возможность лучше понять их поведение сделает моделирование более надежным. Добавление этой специфической информации может действительно точно настроить эти модели", - говорит он.
