У гарячих джерелах науковці виявили досі невідому форму археїв з незвичним обміном речовин. Мікроби, яких назвали brockarchaeota, розщеплюють відмерлі частинки рослин за анаеробних умов, не вивільняючи при цьому парникових газів. Так вони можуть бути важливими для вуглецевого циклу, повідомили науковці в журналі «Nature Communication».
Археї brockarchaeota наявні в гарячих джерелах по всьому світу, зокрема в Єлловстоунському парку. На фото – гейзер Ексельсіор. Зображення: Greg Willis/ CC-by-sa 2.0.
Під час свого росту рослини зв’язують діоксид вуглецю з повітря, зберігають його у формі органічних вуглеводів, зокрема у формі різних видів цукру та крохмалю. Мікроорганізми розкладають рештки рослин після їхньої смерті.
Залежно від того, які мікроорганізми беруть участь у цьому процесі і від присутності кисню в середовищі, в результаті такого розкладу утворюється або додатковий CO2, або сильніший парниковий газ метан. Особливо археї відомі тим, що їхній метаболізм продукує метан.
Але виявилося, що існують винятки з цього правила. Команда на чолі з Валері Де Анда (Valerie De Anda) з Техаського університету в Остіні виявила нову форму археїв, які, попри анаеробне середовище, не продукують метану. «Вони послуговуються незнаним досі метаболізмом, якого раніше в археїв не фіксували», – сказала Де Анда. Виростити або спостерігати через мікроскоп за нещодавно описаними археями ще немає можливості.
Свої результати науковці отримали з допомогою так званого метагеномного аналізу. Для цього вчені проаналізували генетичний матеріал, відібраний у зразків з гарячих джерел Китаю та гідротермального осаду в Каліфорнійській затоці. Техніка метагеноміки дала змогу реконструювати геном з таких проб, не ідентифікуючи і не розмножуючи окремі види заздалегідь.
Так науковці відкрили досі невідомих археїв, що генетично відрізняються від усіх досі відомих представників свого виду, хоч мають близько 99 % спільних генетичних послідовностей. Де Анда та її колеги реконструювали геном 15 нових видів, що, вочевидь, належать до нової форми археїв. «Ми пропонуємо назвати її “brockarchaeota”, на честь Томаса Брока, американського мікробіолога, відомого своїми прогресивними дослідженнями в сфері мікробіології гарячих джерел», – написали автори.
Нові види та підвиди відкривають часто, але знахідки вищого прядку – так би мовити, відкриття цілих гілок на генеалогічному дереві життя – дуже рідкісні. Тож відкриття brockarchaeota – особливе.
Команда Де Анди вперше систематично описала Brockarchaeota, але цей вид вже виявляли раніше, хоч і не помічали, що його представники належать до іншої форми. «Заглянувши в публічні бази генетичних даних, ми побачили, що їх збирали по всьому світу, але описували “непридатними для культивації мікроорганізмами”», – пояснила Де Анда.
Подібні генетичні послідовності виявляли в зразках з гарячих джерел Південної Африки, з Єллоустонського національного парку в Вайомінгу, в морському осаді Індонезії та Руанди. «Є генетичні послідовності, які виявляли десятки років тому, але жодна з них не була цілісною. Тож ми реконструювали перший геном цієї форми і з’ясували: вони поширені по всьому світу, але їх зовсім ігнорували».
З допомогою реконструйованого геному науковці змогли дійти висновків про обмін речовин brockarchaeota. «Ці археї переробляють вуглець, не продукуючи метану. Тож вони займають цілком унікальну екологічну позицію в природі», – повідомили вчені. Замість метану, метаболізм brockarchaeota як побічний продукт продукує вуглекислий газ, водень та ацетат, сіль оцтової кислоти.
На думку науковців, деякі з нововідкритих шляхів могли б придатися в біотехнологіях, сільському господарстві та для виробництва біопалива. «Цей перший опис обмежується лише геномними ознаками, – написали автори. – Тож необхідне вирощування brockarchaeota або розробка методів для вимірювання їхньої активності, щоб підтвердити фізіологічні ознаки мікроорганізмів».
Elena Bernard
Nature Communications, 2021 (doi: 10.1038/s41467-021-22736-6)
University of Texas at Austin, 28. April 2021
Зреферувала С. К.
18.05.2021