Микробиология глубоководного круговорота углерода (аннотация)
Океан является огромным поглотителем углерода и опосредует его глобальный круговорот, что имеет большое значение для смягчения последствий изменения климата.
Глубоководная пелагическая и подповерхностная среда представляет собой крупнейшую микробную среду обитания на Земле и является ключевым местом для реминерализации и хранения органических веществ в биосфере. Кроме того, в глубоководных районах существуют разнообразные уникальные и экстремальные среды обитания, такие как подводные горы, впадины, холодные просачивания и гидротермальные источники, в которых развиваются особые и активные микробные сообщества и метаболические процессы, оказывающие существенное влияние на глобальный круговорот углерода. Поэтому важно понять разнообразие, активность и метаболизм глубоководных микроорганизмов, в частности, их механизмы утилизации и трансформации органических веществ, а также факторы окружающей среды, влияющие на эти процессы. Основная цель данного обзора - собрать воедино последние работы, посвященные разнообразию и метаболической активности микроорганизмов в различных глубоководных местообитаниях, чтобы понять, какие микроорганизмы определяют круговорот углерода в глубоководных районах океана.
Морские осадки обладают разнообразными физико-химическими свойствами, которые регулируют сообщества микроорганизмов. Однако неясно, как вариации физико-химических свойств осадка влияют на микроорганизмы в глобальном масштабе. Bradley et al. исследовали закономерности в распределении микробных клеток, органического углерода и количества энергии, потребляемой микроорганизмами в осадочных породах планеты. Они обнаружили, что тенденции в численности клеток, накоплении и деградации органического углерода в твердых частицах и использовании энергии микроорганизмами в основном определяются условиями осадконакопления и окислительно-восстановительными условиями, а не глубиной и возрастом осадков.
Осадки, отлагающиеся на континентальных шельфах и периферии, преимущественно аноксичны и содержат активные микробные клетки, энергопотребление которых снижается на больших глубинах и в более древних слоях. Напротив, микроорганизмы в абиссальных осадках потребляют стабильно малое количество энергии при больших градиентах глубины и возраста осадков. В целом исследование продемонстрировало широкие глобальные связи между условиями осадконакопления и активностью микроорганизмов глубинной биосферы.
Zhang et al. сравнили состав и функции микробных сообществ в отложениях из глубоководных подводных гор, впадин и холодных просачиваний в Тихом океане с помощью ампликонного секвенирования и метагеномного анализа. Они показали, что микроорганизмы в глубоководных осадках разнообразны и функционально отличаются (с точки зрения биогеохимического круговорота) друг от друга в экосистемах подводных гор, желобов и холодных просачиваний. Эти результаты помогают улучшить понимание состава, разнообразия и функций микробных сообществ в глубоководных средах.
Глубоководные просачивания представляют собой экстремальную среду с высоким гидростатическим давлением, однако эти системы оказывают большое влияние на глобальный круговорот углерода за счет выбросов метана и нефтяных углеводородов. Webster et al. охарактеризовали микробное разнообразие, геохимию и метаногенную активность прокариотических сообществ в семи грязевых вулканах Кадисского залива. Они пришли к выводу о значительных различиях между микробной биогеохимией осадков грязевых вулканов и контрольных глубоководных осадков. Было установлено, что метаногенная активность метиловых соединений, особенно метиламина, в верхнем двухметровом слое осадка значительно выше, чем при использовании субстратов H2/CO2 или ацетата. Были изучены потенциальные археи, ответственные за метаногенный метаболизм, и установлено, что в осадках доминируют метаногены Methanococcoides.
Lyu et al. исследовали потенциал и активность глубоководных микроорганизмов с точки зрения деградации алканов в осадках холодных просачивающихся зон. Они обогатили пять нефтеразлагающих консорциумов из осадков, собранных в районе холодного просачивания Хайма в Южно-Китайском море, и выделили семь бактерий, эффективно разлагающих алканы, относящихся к родам Acinetobacter, Alcanivorax, Kangiella, Limimaricola, Marinobacter, Flavobacterium и Paracoccus. Скорость деградации этих бактерий была наиболее высокой для алканов со средними цепями. Данное исследование дает представление о структуре сообществ и нефтедеградирующей активности бактерий, обитающих в районах холодного просачивания Хайма, Южно-Китайское море, и предлагает бактериальные ресурсы для культивирования кандидатов с потенциалом применения биоремедиации нефти.
