Південний океан навколо Антарктиди тихо, але потужно впливає на клімат планети. Частково ця сила прихована у світі мікроскопічного життя, що дрейфує його водами. Нове дослідження показало: генетичний світ цих мікробів значно складніший і менш відомий, ніж вважалося раніше.
Мільйони невідомих генів
Вчені виявили мільйони мікробних генів у водах Антарктики, і понад третина з них не міститься в жодних існуючих морських генетичних каталогах. Це відкриття підкреслює існування прихованої біологічної системи, яка визначає, як вуглець і поживні речовини циркулюють у найхолоднішому океані Землі.
Дослідження проводив біогеохімік з Університету Дьюка Ніколас Кассар. Аналізуючи зразки з озера Лагуна Мертц та інших місць поблизу узбережжя Східної Антарктиди, він відстежував зв’язок невідомих генів з планктоном та мікробами, які формують хімію океану.
«Замість однорідної спільноти, ці мікроорганізми організовані у своєрідні генетичні “сусідства” відповідно до різних шарів води та течій», — пояснив Кассар.
Таємниці океанських течій
Генетичні спільноти не відокремлювалися за широтою, а слідували за водними масами – великими обсягами води з відмінними температурою і солоністю. Там, де течії зіштовхуються, спільноти змішуються, що означає: зміни у циркуляції океану можуть перерозподіляти активність мікробів по всьому Південному океану без руху берегової лінії.
Маленькі мікроби – велика хімія
Фотосинтезуючий планктон виробляє близько половини кисню на Землі і забирає вуглекислий газ з атмосфери у воду. Далі саме бактерії визначають, куди потрапить цей вуглець: залишиться на поверхні або піде глибше в океан. Деякі з нових генів допомагають мікробам розкладати сірчисті сполуки, випускаючи гази, які можуть потрапити в атмосферу.
Генетичні «двигуни» узбережжя
Біля льодовика Мертц дослідники виявили справжній генетичний «гарячий плям». Тут домінували мікроскопічні водорості, а бактерії несли гени для швидкого розкладу органіки та захоплення обмежених поживних речовин. Багато з цих бактерій мешкали в фікосфері — тонкій мікробній зоні навколо живих водоростей. Такі «квітучі» спалахи не просто короткочасні — вони працюють як маленькі двигуни швидкого перерозподілу речовин у полярному океані.
Віруси в грі
У спалаху Мертц виявили також багато вірусної ДНК. Тailed-віруси та гігантські віруси, які здатні захоплювати клітини господаря, показують: віруси відіграють важливу роль у регулюванні біологічних процесів. Ігнорувати їх неможливо, якщо ми хочемо зрозуміти, як ці спалахи захоплюють і перерозподіляють вуглець.
Унікальна генетика полярних океанів
Багато генів Антарктики зустрічалися і в Арктиці, але майже не траплялися в нижчих широтах. Хоч обидва полярні океани поділяють схожі екстремальні умови, кожен має власну унікальну генетичну ідентичність.
Навіть широко розповсюджений мікроб Pelagibacter показав адаптацію до місцевих умов: у теплих водах він використовував гени для роботи з нікелем, цинком і солоністю, а у холодних – гени для боротьби з окислювальним стресом та прилипаючими поверхнями клітин.
Дослідження тривав лише три місяці – з весни до кінця літа, залишаючи невиміряним довгу антарктичну зиму. Виявлено лише один великий прибережний «гарячий плям» – Мертц, тому інші райони можуть мати власні генетичні закономірності. Багато рідкісних генів досі лишаються функціонально невідомими.
Щоб перетворити цей новий генетичний ландшафт на надійні прогнози, потрібне цілорічне спостереження та чіткіші зв’язки між генами та їх біологічними ролями. Лише тоді кліматичні моделі зможуть повністю врахувати, як життя Антарктики реагує на зміни океану.
Дослідження опубліковане в журналі Nature Communications.
