Шанхайский университет Цзяо Тун совместно с несколькими сотрудничающими учреждениями, включая Копенгагенский университет и Национальную лабораторию имени Лоуренса в Беркли, провёл обширное исследование микробных экосистем в придонной зоне глубоководного океана. Результаты исследования демонстрируют беспрецедентный уровень таксономической новизны: 89,4% идентифицированных видов микроорганизмов ранее не были описаны. Исследование показало, что давление отбора, благоприятствующее либо упрощённым, либо универсальным стратегиям адаптации, преобладает над нейтральным дрейфом в формировании этих экстремальных микробных экосистем.
Среды обитания в Хадале, расположенные на глубине более 6000 метров ниже уровня моря, остаются одними из наименее изученных экосистем на Земле. Пилотируемые подводные аппараты, способные достигать глубины всего океана, были редкостью, и до 2019 года менее десятка человек побывали в самой глубокой точке Марианской впадины. Огромное гидростатическое давление, температура, близкая к точке замерзания, и крайняя скудность питательных веществ в придонной зоне создают, казалось бы, невозможные условия для процветания жизни. Предыдущие исследования показали, что микробное разнообразие на этих глубинах может быть ограниченным, однако отсутствие прямых образцов ограничивает достоверность этих предположений.
Достижения в области глубоководных технологий, в частности подводного аппарата Fendouzhe, произвели революцию в исследованиях глубоководных отложений, позволив проводить более точные и частые пробы. Благодаря возможности проводить пробы весом до 220 кг и увеличенному до шести часов времени работы на дне, Fendouzhe превосходит традиционные методы, такие как гравитационные и коробчатые пробоотборники.
Проект "Исследование окружающей среды и экологии Марианской впадины" (MEER) — это первое систематическое исследование жизни микроорганизмов и макрофауны на таких глубинах, которое выявило беспрецедентный уровень биологического разнообразия и стратегий адаптации. В работе "Микроbial Ecosystems and Ecological Driving Forces in the Deepest Ocean Sediments", опубликованном в Cell, исследователи провели крупномасштабное метагеномное секвенирование и секвенирование ампликонов гена 16S рРНК, чтобы изучить микробное разнообразие и стратегии адаптации в придонной зоне.
Во время экспедиции TS21 (с августа по ноябрь 2021 года) ученые совершили 33 погружения, собрав 1648 образцов донных отложений, 12 образцов морской воды, взятых на месте, и множество образцов макроорганизмов на глубине от 6000 до 10 900 метров в Марианской впадине, впадине Яп и Филиппинском бассейне. Отбор проб охватывал различные геологические особенности, в том числе вогнутые и выпуклые разломы, склоны желобов и абиссальные равнины, что позволило собрать наиболее полный на сегодняшний день набор данных об экологии Хадала.
Метагеномное секвенирование 1194 образцов позволило получить набор данных MEER (Mariana Trench Environment and Ecology Research) объёмом 92 терабазы (Тб), в котором было выявлено 7564 вида микроорганизмов, 89,4% из которых ранее не были описаны. Сравнительный геномный анализ подтвердил, что набор данных MEER имеет мало общего с глобальными наборами данных о глубоководных организмах, что подтверждает его новизну.
Анализ включал в себя геофизические, геохимические и биологические методы, а также полуавтоматический процесс выделения и секвенирования ДНК. Полученные данные выявили исключительно высокий уровень микробной новизны, разнообразия и неоднородности, особенно среди прокариот и вирусов, на которые повлияли как экстремальные условия окружающей среды, так и сложные топографические особенности. Помимо микроорганизмов, исследование выделяет два характерных вида хадальской макрофауны: хадальских бокоплавов (Hirondellea gigas) с горизонтальным перемещением популяций через желоба и хадальских улиток (Pseudoliparis swirei) с вертикальным перемещением позвоночных из глубоководных районов в хадальскую зону.
Общие механизмы адаптации у микробов и макрофауны указывают на конвергентные эволюционные стратегии в условиях высокого давления. В разных биологических доменах наблюдались усиленные механизмы антиоксидантной защиты и внутриклеточное накопление совместимых веществ, что подтверждает концепцию универсальных физиологических реакций на условия сверхвысокого давления.
Выводы, сделанные на основе полученных данных, подтверждают, что экологический отбор, а не случайный дрейф, является ключевым фактором формирования микробных сообществ в глубоководных районах океана. Полученные данные также свидетельствуют о том, что глубоководные микробные экосистемы функционируют в условиях особого эволюционного давления, которое отличается от давления в более мелководных морских средах. Полученный набор данных послужит основой для будущих исследований адаптации глубоководных микроорганизмов с потенциальным применением в биотехнологии и экологии. Наборы данных MEER теперь доступны в открытом доступе, предоставляя исследователям обширное хранилище новых данных о микроорганизмах и макрофауне.
Таинственное явление в центре галактики может выявить новый вид темной материи.
Фото: Cell (2025)
Обсуждение ( 0 ) Посмотреть все