Океанические бактерии работают вместе, чтобы адаптироваться к уровню освещенностиОкеанические бактерии работают вместе, чтобы адаптироваться к уровню освещенности
Trichodesmium, вид цианобактерий, жизненно важный для океанских экосистем, образует колонии, которые работают вместе и меняют форму, чтобы получать свет и питательные вещества, необходимые микроорганизмам для роста.
Один из самых распространенных и важных видов фотосинтезирующих бактерий в океанах может быть обязан своим успехом командной работе. Бактерии Trichodesmium, могут активно объединяться в большие скопления в ответ на изменение условий окружающей среды или разделяться, обнаружили Ульрике Пфреундт из ETH Zurich в Швейцарии и ее коллеги. "Такое поведение, возможно, является ключом к тому, почему Trichodesmium так многочисленны и так успешны", - говорит Пфреундт.
Trichodesmium - это группа нескольких видов цианобактерий. Ее представителей иногда называют морскими опилками, поскольку они часто образуют красновато-коричневое цветение, которое, возможно, и дало название Красному морю. Эти бактерии не только обеспечивают пищей другие организмы, они также превращают азот атмосферы в химические вещества, которые могут использовать другие фотосинтезирующие организмы. По словам Пфреундт, они удобряют огромные участки океана, которые в противном случае были бы слишком бедны питательными веществами, чтобы там что-то могло расти. "По сути, это живое удобрение для океанов", - говорит она. "Они обеспечивают очень большую часть азота, который фиксируется в океане, и от этого азота зависит множество других организмов, которые поглощают CO2".
Trichodesmium растет в виде волосовидных нитей длиной до нескольких сотен клеток. Нити можно обнаружить плавающими по отдельности, но также часто они встречаются в колониях или агрегатах, каждый из которых содержит до нескольких сотен нитей. Эти агрегаты могут достигать 1-2 миллиметров в поперечнике, что делает их видимыми невооруженным глазом. В некоторых скоплениях, называемых пуфами, нити расходятся от центра, как в помпоне. В других, называемых "пучками", нити расположены параллельно, как прядь волос.
Было показано, что агрегаты помогают Trichodesmium получать необходимое им железо из частиц пыли. Но как образуются агрегаты, оставалось загадкой, рассказывает Пфреундт. Одна из идей предполагала, что нити просто слипаются, когда сталкиваются друг с другом, но это не объясняет их организованный вид. Другая идея заключается в том, что они изначально развиваются таким образом.
Выращивая Trichodesmium в лаборатории для изучения их геномов, Пфреундт заметила, что внешний вид агрегатов может полностью меняться в течение дня, что заставило ее заподозрить активный процесс. Недавно она и ее коллеги провели серию экспериментов, чтобы подтвердить это и показать, как это происходит. Нити могут скользить по поверхности, а когда две нити соприкасаются, они могут начать скользить друг по другу, как два поезда, использующие друг друга в качестве рельсов. Если этот процесс продолжается неопределенно долго, нити полностью соскальзывают друг с друга. Поэтому, когда бактерии хотят оставаться в агрегатах, они меняют направление движения.
Пфреундт обнаружила, что для того, чтобы агрегаты были более плотными, развороты происходят чаще, поддерживая большее перекрытие нитей. Чтобы ослабить их, реверсы происходят реже.
Это ослабление или уплотнение агрегатов может происходить всего за несколько минут в ответ на изменение уровня освещенности, обнаружили исследователи. Очень яркий свет может повредить фотосинтетический механизм, а более плотные агрегаты снижают уровень освещенности, которому подвергается каждая нить. В океане это может помочь Trichodesmium справляться с выходом солнца или уходом за облака.
Пфреундт считает, что это ослабление или уплотнение также помогает агрегатам контролировать свою плавучесть, позволяя им двигаться вверх или вниз по мере необходимости. Известно, что Trichodesmium перемещается глубже, чтобы получить фосфат, когда этот питательный элемент заканчивается у поверхности. "Реверсивный механизм Trichodesmium - заставляющий агрегаты ослабевать или стягиваться, что влияет на их плотность, плавучесть и поглощение света - вполне мог способствовать успеху этого вида", - считает Ричард Кирби, ученый, изучающий планктон.
Пфреундт и ее коллеги также обнаружили, что шарообразные пуфы могут формироваться из сливающихся пучков и наоборот. Но многие вопросы пока остаются без ответа, например, как нити скользят и как они узнают, когда нужно повернуть вспять.
