В океане бактерии играют ключевую роль в улавливании углерода
Таинственная группа микробов может контролировать судьбу углерода в темных глубинах Мирового океана.
Нитроспиновые бактерии, которые используют нитрит азотного соединения для «закрепления» неорганического углекислого газа в сахарах и других соединениях для продуктов питания и размножения, ответственны за 15-45 процентов такой фиксации углерода в западной части Атлантического океана, сообщают исследователи в ноябре. Если эти микробы присутствуют в подобных изобилиях по всему миру, и некоторые данные свидетельствуют о том, что бактерии — эти показатели могут быть глобальными.
Общее количество углерода, которое фиксирует Nitrospinae, является небольшим по сравнению с фиксацией углерода на суше такими организмами, как растения или в солнечной части океана, говорит Мария Пачиадаки, микробный эколог в Лаборатории океанологии Бигелоу в Восточном Бутбейе, штат Мэн, который является ведущим автором нового исследования. «Но, как представляется, это имеет большое значение для производительности и здоровья 90 процентов океана, который слишком глубок и слишком темный для фотосинтеза». Эти бактерии, вероятно, составляют основу пищевой сети в большей части этого загадочного мира, она говорит.
Океаны покрывают более двух третей поверхности Земли, и большинство этих вод находятся в темноте. В мелкой, солнечной части океана микроскопические организмы, называемые фитопланктоном, фиксируют углекислый газ посредством фотосинтеза. Но в глубоком океане, где солнечный свет не проникает, микробами, использующими химическую энергию, полученными из таких соединений, как аммоний или сероводород, являются двигатели этой части углеродного цикла.
Мало что известно о том, какие микробы в первую очередь ответственны за эту фиксацию углерода в темном океане. Наиболее вероятными кандидатами были группа окисляющих аммоний археев (одноклеточных организмов, подобных бактериям), известных как Thaumarchaeota, потому что они являются самыми распространенными микробами в темном океане.
Но не было прямого доказательства того, что эти археи являются основными фиксаторами в этих водах, говорит Пачиадаки. Фактически, предыдущие исследования фиксации углерода в этих глубинах предполагали, что окислители аммония не выполняют задачу достаточно быстро, чтобы соответствовать наблюдениям, говорит она. «Энергии, получаемой при окислении аммония, недостаточно, чтобы объяснить количество углерода, установленного в темном океане».
Она и его коллеги подозревали, что другая группа микробов может нести основную задачу. Известно, что бактерии нитроспина, которые используют химический состав нитрита, обильны, по крайней мере, в некоторых частях темного океана, но микробы не были хорошо изучены. Таким образом, команда Пачиадаки проанализировала 3 463 генома или генетические чертежи одноклеточных организмов, обнаруженных в 39 образцах морской воды, собранных в западной части Атлантического океана, на глубинах от «сумеречных» регионов ниже примерно 200 метров до самой глубокой зоны океана ниже 9000 метров.
Команда идентифицировала Nitrospinae как наиболее распространенные бактерии, особенно в сумеречной зоне. Несмотря на то, что все еще менее распространены, чем окислительная аммония, Thaumarchaeota, нитриты-окислители намного эффективнее при фиксации углерода, требуя лишь небольшого количества доступного нитрита.
И хотя ученые знали, что эти бактерии используют нитрит для производства энергии, новое исследование показало, что соединение является основным источником энергии для микробов. Морской микробиолог Фрэнк Стюарт из Georgia Tech в Атланте говорит, что исследование «иллюстрирует, как достижения в геномных методах могут вызывать гипотезы об обмене веществ и экологии». Эти данные показывают, что ученые должны переосмыслить, как энергетический и материальный цикл в темном океане, говорит он. «Хотя этот океанский мир по-прежнему недоиспользуется, такие исследования являются примерами того, как закрыть наш пробел в знаниях».