В глубинах отдаленных антарктических озер, где выживают лишь немногие формы жизни, процветают сообщества микроорганизмов.
Ученые исследуют структуры, образованные этими сообществами, чтобы лучше понять микроскопическую жизнь в этих экстремальных условиях, которая может дать представление о том, как происходила эволюция жизни.
Озеро Унтерзее - крупнейшее пресноводное озеро во внутренних районах Восточной Антарктиды. Поверхность озера всегда погребена под многометровым слоем льда, а солнечный свет ограничен большую часть года, поэтому в нем нет крупных организмов, таких как растения и животные. Но в его глубинах существует богатая экосистема, которая помогает ученым лучше понять, как развивалась жизнь на ранних этапах существования нашей планеты. Обширные сообщества микроскопических организмов образуют на дне озера своеобразные структуры - от небольших узких остроконечных островков до более крупных конусообразных структур. Почему они образуют две разные формы, до сих пор оставалось загадкой для ученых, но недавнее исследование, опубликованное в журнале Environmental Microbiology, пытается ответить на этот вопрос.
Энн Юнгблут, исследователь микроорганизмов и соавтор исследования, рассказывает: «Поскольку в озере Унтерзее есть эти две разные формы, это позволяет нам изучить, как формировались эти микробные структуры. Если микроорганизмы в этих структурах схожи, это говорит о том, что они формируются в основном под воздействием окружающей среды. Но если их видовой состав отличается, это может означать, что на форму этих структур большее влияние оказывает то, как эти виды растут. И поскольку эти две структуры растут рядом друг с другом в одной и той же среде, мы думаем, что вид микробов играет большую роль в формировании формы структуры. Поэтому в этом исследовании мы хотели подробнее изучить организмы, из которых состоят эти образования».
Озеро Унтерзее - большое пресноводное озеро в восточной Антарктиде, постоянно покрытое льдом. Фото: Dale T. Andersen and James Grecian.
Хотя озеро Унтерзее постоянно покрыто льдом, в его глубины проникает достаточно света, что позволяет существовать фотосинтетической жизни. Верхний слой этих микробных структур очень красочен, поскольку он полон фотосинтезирующих организмов, которые вырабатывают пигменты, помогающие улавливать то немногое количество света, которое достигает дна озера. Ниже этот слой выглядит как обычная глина, но он также полон различных организмов, которые не используют свет для роста.
Исследователи проанализировали несколько крошечных образцов, каждый из которых весил менее одного грамма, чтобы узнать больше о видах, которые образуют эти различные структуры. Затем они извлекли ДНК и использовали ее для сборки геномов, выясняя, какие конкретно виды присутствуют. Образцы содержали разнообразные одноклеточные организмы, такие как археи, и более сложные протисты, такие как микрогрибы, реснички и амебы. Внешние слои в основном состояли из цианобактерий - типа фотосинтезирующих бактерий, которые естественным образом встречаются в большинстве пресноводных экосистем по всему миру.
В двух типах микробных структур доминировали два разных вида цианобактерий. В конусообразных структурах преобладали более крупные цианобактерии Microcoleus, а в перистых - более тонкие Elainellacea. «Основываясь на результатах нашего исследования, мы считаем, что цианобактерии играют определенную роль в формировании этих структур», - поясняет Юнгблут. «Должен быть какой-то способ их роста, который приводит к появлению этих разных форм. Но мы пока не знаем, почему в определенных местах озера растут разные виды и как эти разные микроорганизмы взаимодействуют друг с другом. Это то, что мы хотим изучить в наших будущих исследованиях».
Каждый год микробные структуры в озере Унтерзее продолжают расти, поскольку сочетание микроорганизмов и выпавших в осадок частиц создает слои, которые могут формировать большие структуры в течение сотен, а может быть и тысяч лет. Эти мягкие микробные образования формируются подобно строматолитам, которые впервые появились на нашей планете миллиарды лет назад и являются одними из старейших известных ископаемых. Хотя строматолиты существуют и сегодня, они наиболее известны как главная особенность архейской эпохи, которая длилась с 4 до 2,5 миллиарда лет назад. В это время не существовало ни растений, ни животных, ни других сложных организмов, которые мы видим сегодня. Единственная существовавшая жизнь была одноклеточной. Многие строматолиты архейского периода состояли из фотосинтезирующих цианобактерий и считается, что именно они в значительной степени способствовали формированию богатой кислородом атмосферы, от которой мы сегодня зависим.
Ученые используют возможность изучить живые микробные слоистые структуры, чтобы попытаться узнать больше о том, как развивалась жизнь в этот ранний период истории Земли. «В большинстве мест обитания на Земле сегодня есть множество организмов, которых не было на ранней Земле», - говорит Юнгблут. «Мы изучаем эти структуры в Антарктиде, потому что это экстремальная среда, где мало что может жить, и поэтому она лучше отражает то, что было бы в архейском периоде».
