Японцы нашли аэробные бактерии в глинистых трещинах под дном океана
Японские биологи обнаружили сообщества аэробных бактерий в трещинах вулканических пород, находящихся в океане на глубине 120 метров. Как сообщается в журнале Communications Biology, плотность одноклеточных организмов в разломах оказалось крайне высокой — около 10 миллиардов на кубический сантиметр, что сравнимо с плотностью бактерий в человеческом кишечнике.
Верхний слой океанической коры состоит преимущественно из базальтовых пород, которые образуются при извержениях вулканов. Изначально температура выброшенного вещества крайне высока, около 1200 градусов Цельсия, однако затем она падает и лава затвердевает, превращаясь в камень. При остывании в базальте образуются крошечные трещины, не более 1 миллиметра шириной, которые в течение многих миллионов лет заполняются глинистыми минералами. Прошлые исследования пород возрастом от 3,5 до 8 миллионов лет показали, что эти минералы могут служить благоприятной средой для анаэробных термофилов и аэробных мезофилов, однако до сих пор ученые не были уверены, могут ли примитивные формы жизни существовать в более древнем океаническом базальте.
Чтобы найти ответ на этот вопрос, группа японских биологов под руководством Йохей Судзуки (Yohey Suzuki) из Университета Токио в 2010 году приняла участие в Программе океанического бурения (IODP) и отправилась на исследовательском корабле в район Тихоокеанского круговорота (South Pacific Gyre). С помощью металлической шахты длиной 5,7 километров и бура биологи взяли небольшие, около 6,2 сантиметра в диаметре, керны из трех разных районов. Первый образец был поднят с глубины 51 метр под дном, второй — с глубины 109,6 метра ниже морского дна, и третий — с глубины 121,8 метра ниже дна. В зависимости от местоположения возраст пород был оценен в 13,5 миллиона, 33,5 миллиона и 104 миллиона лет.
Исследователи убедились, что места сбора пород находились вдали от гидротермальных источников и каналов и что бактерии попали в трещины естественным путем, а не были нанесены сильными течениями. Кроме того, чтобы избежать загрязнения поверхности, ученые стерилизовали полученные образцы с помощью промывания искусственной морской водой и быстрого высушивания. Далее группа Судзуки покрыла камни эпоксидной смолой, чтобы поддержать естественную форму, и нарезала их на тонкие слои, которые затем промыла с помощью красителя. Это позволило биологам выявить присутствие микроорганизмов в трещинах.
Рентгеноструктурный анализ выявил присутствие богатого железом смектита в образцах керна возрастом 33,5 и 104 миллионов лет, но не в образцах керна возрастом 13,5 миллиона лет. В смектите исследователи обнаружили флуоресцентные сигналы, которые указывали на присутствие бактериальных сообществ. Чтобы убедиться, что ученые видят живые клетки, а не автофлуоресцентные материалы, они провели дополнительный анализ, который показал, что микробные клетки локализованы в непосредственной близости от трещин.
Секвенирование ДНК показало, что образцы из разных мест содержали сходные, но не идентичные друг другу виды бактерий. Ученые объясняют это тем, что породы в разных местах имеют разный возраст, что может влиять на их минеральный состав и, как следствие, распространенность разных видов бактерий.
Ученые предполагают, что заполненные глиной минеральные трещины могут концентрировать питательные вещества, которые бактерии используют в качестве пищи. По их мнению, это может объяснить, почему плотность бактерий в трещинах горных пород на восемь порядков больше, чем в грязевых отложениях, откуда морская вода вымывает питательные вещества.
По мнению группы Судзуки, подобные трещины с глинистыми минералами могут встречаться и на Марсе. Все больше исследований подтверждают, что в прошлом Красная планета могла иметь жидкую воду на поверхности и более благоприятный климат. Сейчас японские биологи разрабатывают план для изучения пород, собранных с марсианской поверхности роверами, совместно с Космическим центром имени Линдона Джонсона. Они предлагают хранить образцы в специальной титановой трубке и исследовать их с помощью компьютерной томографии и трехмерного рентгеновского сканирования.
В 2017 году «Кьюриосити» обнаружил на Марсе борозды на каменных плитах, которые могут быть грязевыми трещинами, оставшимися после испарения воды. Кроме того, совсем недавно ровер нашел скалу, представляющую из себя слоеный пирог из осадочных пород, которая могла образоваться в присутствии движущейся воды или ветра.
Кристина Уласович
И отползли от источника звука
Группа исследователей из Китая, США и Южной Кореи выяснила, что нематоды Caenorhabditis Elegans, которые чувствуют звук всем телом, реагируют не на абсолютное звуковое давление, а на его градиент. Из-за этого они способны различать и избегать звуки, которые издают небольшие беспозвоночные хищники, но не реагируют на более громкий шум. Кроме того, такой механизм восприятия градиента звукового давления, по-видимому, общий для многих животных, включая других беспозвоночных и млекопитающих. Работа опубликована в Current Biology. У нематод Caenorhabditis Elegans, как и у многих беспозвоночных, нет органов слуха, но они могут чувствовать звук и уползать от него, то есть проявлять отрицательной фонотаксис. В 2019 году Адам Илифф (Adam Illiff) из Мичиганского университета с коллегами показали, что звуковые вибрации черви ощущают всем телом, а их наружные покровы — кутикула — работают примерно как барабанная перепонка позвоночных. Тогда ученые определили механосенсорные нейроны червей, которые, вероятно, преобразуют звуковые волны в нервный импульс. И выяснили, что воспринимают черви именно колебания воздуха: мутанты, которые не чувствовали вибрацию субстрата, все равно проявляли фонотаксис. Теперь Цань Ван (Can Wang) из Хуачжунского университета науки и технологий (он принимал участие и в прошлом исследовании) и его коллеги из Китая, США и Южной Кореи выяснили, как именно нематоды чувствуют звук. Они размещали рядом с головой нематод динамики разных размеров и включали звуки разной громкости и частоты. Когда ученые помещали маленький динамик диаметром 0,5 миллиметра на расстоянии одного миллиметра от головы нематоды (что примерно равняется длине тела червя), и включали на нем звук частотой 1 килогерц и громкостью 80 децибел, черви разворачивались и ползли в противоположную от звука сторону. Но когда этот динамик заменили на больший, диаметром 3 миллиметра, нематоды не реагировали, хотя звук был таким же. Даже когда громкость увеличивали до 110 децибел или меняли частоту на большую или меньшую, нематоды не меняли траекторию своего движения. Исследователи обнаружили, что кутикула червей вибрирует сильнее всего от звука из маленького динамика. С помощью кальциевой визуализации авторы оценили активность механосенсорных нейронов, которые и реагируют на звуковые колебания. Их активность уменьшалась с увеличением размера динамика, даже если громкость звука была одинаковой. На звук из трехмиллиметрового динамика нейроны червей не реагировали. Также ученые выяснили, что звук из маленького динамика создает наибольший градиент звукового давления в теле нематод — это измерили с помощью миниатюрного микрофона. Давление звука, проходящего через среду, снижается с течением времени, — и в голове червя, которая ближе всего к динамику, оно выше, чем на конце его тела. Если источник звука небольшой, звуковое давление уменьшается быстрее, и таким образом градиент звукового давления по телу червя получается больше. Чтобы изменить звуковой градиент, авторы размещали динамики на разном расстоянии от головы червя — чем ближе был динамик, тем резче градиент. Абсолютное звуковое давление в области головы нематод тем временем не менялось. Черви демонстрировали наиболее устойчивые слуховые реакции только в ответ на резкий градиент. Градиент звукового давления коррелировал и с движением червей, и с вибрацией кутикулы, и с активностью механосенсорных нейронов. Нематоды живут в гниющих листьях на земле, где им могут повстречаться разные беспозвоночные хищники. По всей видимости, именно их звуки — стрекотание, шуршание или шелест крыльев — и могут слышать черви, а вот более громкие звуки от источников большего размера для них не так важны. Градиент звукового давления возникает и в тимпанальных органах кузнечиков, и в заполненной жидкостью улитке млекопитающих. В случае последних этот градиент, по всей видимости, необходим, чтобы активировались механочувствительные волосковые клетки улитки. То есть активация чувствительных к звуку нейронов происходит у разных животных по одному принципу. Ранее ученые обнаружили, что эпигенетическая память позволила нематодам C. elegans избегать патогенных бактерий даже спустя четыре поколения. То есть одни черви встретились с бактерией, выяснили, что она опасна, и стали ее избегать, а их детям и внукам уже не потребовалось проверять бактерий на себе — они избегали их сразу благодаря унаследованным модификациям гистонов.