Нитробактерии оказались главными любителями углекислого газа в океанских глубинах

Нитробактерии, помеченные флуоресцентной меткой (слева), фиксируют значительное количество радиоактивного углерода (справа)

Maria G. Pachiadaki et al / Science 2017

Значительную часть неорганического углерода, растворенного в темной части океана, используют для своих нужд бактерии из плохо охарактеризованной группы Nitrospinae. Эти бактерии получают энергию, окисляя соединения азота, поясняют ученые в статье, опубликованной в Science. Ранее считалось, что на большой глубине преимущественно обитают археи.

Океан активно участвует в переработке углекислого газа из атмосферы. Растворенный в воде неорганический углерод постепенно осаждается в виде карбоната кальция или фиксируется автотрофными организмами. В освещенной части океана, которая простирается максимум на двести метров в глубину, основными потребителями неорганического углерода являются фотосинтезирующие водоросли. Однако подавляющая часть океана лишена доступа к солнечному свету, и там распространены хемотрофные микроорганизмы, которые получают энергию преимущественно путем окисления соединений серы и азота. Как показали ученые из Океанической лаборатории Бигелоу (США), эти организмы также вносят значительный вклад в фиксацию растворенного неорганического углерода.

Микроорганизмы, обитающие в темной части океана, плохо поддаются культивированию, поэтому об их разнообразии и метаболизме можно судить только по ДНК. Исследователи воспользовались новой технологией секвенирования ДНК отдельных клеток и проанализировали три с половиной тысячи индивидуальных геномов микроорганизмов из 39 глубоководных образцов, взятых в разных местах северной части Атлантического океана.

Оказалось, что самой представленной группой в темной части океана (на глубине до двух километров) являются бактерии Nitrospinae. Эти бактерии плохо охарактеризованы, и до сих пор ученым был известен только один вид Nitrospina gracilis, который удалось вырастить в лабораторных условиях.

Судя по представленному в геноме ферменту оксидоредуктазе, Nitrospinaе получают энергию, окисляя нитриты (NO2-) до нитратов (NO3-). Всего нитрит-окисляющие бактерии составили почти пять процентов от всех исследованных микроорганизмов мезопелагеали (срединной части океана глубиной около километра). До этого самой распространенной группой в этой части океана считались археи Thaumarchaeota, которые окисляют аммоний (NH3+) до нитрит-иона.

Судя по отсутствию в геномах нитробактерий транспортеров углеводов, источником углерода для этих бактерий являются не готовые органические соединения, а углекислый газ. Ген АТФ-цитратлиазы — главного фермента обращенного цикла трикарбоновых кислот, при помощи которого фиксируют CO2 многие «темновые» бактерии, указал на то, что Nitrospinaе также усваивают углерод по этому пути.

Чтобы выяснить объем фиксации углерода нитробактериями, исследователи провели эксперимент с радиоактивно меченым углеродом, с которым проинкубировали свои образцы океанской воды. Для того, чтобы отделить Nitrospinaе от остальных микроорганизмов в растворе, их ДНК in vivo пометили флуоресцентной меткой. Оказалось, что нитробактерии усваивают от 10 до 43 процентов растворенного неорганического углерода в зависимости от того, с какой глубины они были выловлены (чем глубже, тем меньше уровень фиксации).

Ранее мы рассказывали, что бактерии путем фиксации неорганического железа внесли основной вклад в формирование докембрийских отложений железистых кварцитов. А в круговороте углерода немалую роль, как оказалось, играют фьорды — несмотря на то, что они составляют всего 0,1 процент от площади мирового океана, фьорды сосредотачивают в себе одну десятую всех органических отложений углерода ежегодно.

Дарья Спасская










Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.