Нитробактерии оказались главными любителями углекислого газа в океанских глубинах
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
Это произошло после формирования нейронной связи между клетками циркадных часов и Dh44-нейронами
Биологи определили момент, в который циркадные часы начинают управлять циклами сна и бодрствования у личинок плодовых мушек. Оказалось, это происходит в начале третьего дня развития под влиянием новой связи между нейронами циркадных часов и клетками Dh44, которые контролируют бодрствование личинок. Кроме того, после формирования этой связи у личинок появилась долгосрочная память. Исследование опубликовано в журнале Science Advances. Циркадные ритмы у многих видов формируются еще на самых ранних этапах развития. Так, например, у млекопитающих клетки супрахиазматического ядра детеныша синхронизируют свою ритмическую активность еще во время беременности. Однако многие матери новорожденных могут подтвердить, что дети в этом возрасте редко спят ночью и бодрствуют днем — в основном их сон равномерно распределен по суткам. Исследования подтверждают, что циклы сна и бодрствования у младенцев чаще всего появляются от трех до двенадцати месяцев. До сих пор не было понятно, почему, несмотря на работу клеток циркадных часов, циклы сна и бодрствования формируются довольно поздно и как этот процесс влияет на другие функции мозга — например, долговременную память. Исследователи из университета Пенсильвании под руководством Эми По (Amy R. Poe) изучили аналогичный процесс на дрозофилах. Биологи отследили момент, в который у личинок мушек появляются циклы сна и бодрствования — это произошло в начале третьего дня развития. Чтобы понять, что именно происходит с циркадными ритмами в этот момент, исследователи изучили активность нейронов мозга у личинок. Прежде всего они проверили нейроны, которые производят нейропептид Dh44, поскольку они расположены в области циркадных часов у взрослых мушек.Для этого они создали трансгенных насекомых, у которых эти клетки синтезировали теплочувствительный ионный канал. Таким образом, когда личинок помещали в теплую среду, в Dh44-нейронах начинался ионный ток и те активировались. Оказалось, что эти клетки действительно участвуют в регуляции циклов сна: после их активации личинки на второй стадии меньше спали в течение суток (p < 0,0001). Тогда исследователи решили изучить, как активность этих клеток меняется при переходе со второй стадии личинок на третью — в момент появления ритмов сна. Оказалось, активность Dh44 не отличается на первой и второй стадии, но снижается в начале третьей. Это согласовывалось и с повышенным количеством сна у личинок в этот день: активность нейронов снизилась и они перестали оказывать свое бодрящее действие на личинок. Биологи предположили, что в этот момент Dh44-нейроны связываются с клетками, которые задают общий циркадный ритм организму мушек. Для этого они отследили нейронные связи этого мозгового центра. И действительно, при переходе со второй стадии на третью Dh44-нейроны сформировали связь с одной из клеток часов — DN1a. Ученые также подтвердили, что активация DN1a действительно «включает» Dh44 и увеличивает длительность бодрствования у личинок. Тогда исследователи решили проверить, как появление связи циркадных ритмов с циклами сна и бодрствования влияет на другие процессы в мозге насекомых. Зная, что переход памяти из кратковременной в долговременную происходят во время сна, биологи протестировали оба типа памяти у животных. Для этого они использовали стандартный для таких задач тест — проверяли, как личинки запоминают отвратительные запахи. И на второй, и на третьей стадии личинки одинаково хорошо проходили тесты на кратковременную память, а вот долговременная память появилась лишь при переходе между ними. При этом активация Dh44-нейронов, которые снижали количество сна у личинок, нарушала процессы долговременной памяти. Так, биологи не только в подробностях описали, как клетки циркадного ритма начинают контролировать циклы сна и бодрствования, но и показали, что этот процесс очень важен для развития таких сложных когнитивных функций как долговременная память. Сон и память действительно тесно связаны — депривация сна способна даже стирать воспоминания. Недавно мы писали об исследовании, в котором такие воспоминания удалось восстановить у мышей.
