16.09.2014

В известняковых пещерах Картчнер учёные из Аризонского университета обнаружили на удивление разнообразную экосистему микроорганизмов

В бескрайней темноте известняковой пещеры исследователи UA обнаружили удивительно разнообразную экосистему микроорганизмов.

Под холмистой местностью юго-восточной Аризоны, на которой в изобилии произрастают «окотилос» и мескитовые деревья, находится мир, погружённый в непроглядную тьму, – пещеры Картчнер (Kartchner), если быть точнее, то система известняковых пещер, известная своими уникальными пещерными образованиями, создаваемыми грунтовыми водами на протяжении тысячелетий. Подобные скульптурам, скальные породы пещер и сталактиты ежегодно привлекают тысячи туристов со всего мира.

Лишённые солнечного света и, на первый взгляд, жизни, пещеры характеризуются весьма неожиданным изобилием микроорганизмов, которые вполне могут составить достойную конкуренцию сообществам микроорганизмов, населяющим земную поверхность. К этому выводу пришли учёные из Аризонского университета (University of Arizona), результаты исследований которых были опубликованы в журнале International Society «Microbial Ecology». Открытие не только расширяет представление учёных о том, как микроорганизмы колонизируют каждую «нишу» на планете, но и может стать основой новых приложений, начиная от способов экологической защиты и очистки Земли, и заканчивая разработкой новых лекарственных препаратов.

По словам Julie Neilson из College of Agriculture and Life Sciences, функционирующего при UA, она и её коллеги обнаружили в известняковых пещерах всех основных представителей типичной экосистемы.

В рамках долгосрочного сотрудничества между Kartchner Caverns State Park и Аризонским университетом, Julie Neilson вместе со своими коллегами на протяжении нескольких лет занимались исследованием подземного мира и его жителей. В рамках своего последнего исследования учёные брали «смывки» силикатов и прочих пещерных образований с целью проведения анализа ДНК. На основе генов, которые они нашли в образцах, они восстановили бактерии и археи – одноклеточные микроорганизмы, живущие в пещерах, которые не имеют клеточного ядра. Практически сразу после открытия для посетителей часть известняковых пещер Картчнер была опечатана, для того чтобы максимально обезопасить ландшафт от воздействия человека, и тем самым дать возможность учёным изучить хрупкую окружающую среду и микроорганизмы в пещере.

По словам Neilson, она и её коллеги не ожидали обнаружить в пещерах столь процветающую экосистему. Исследователь также отметила, что самой большой неожиданностью было обнаружить в столь скудном на питательные вещества месте организмы, которым всё-таки удалось приспособиться к таким экстремальным условиям среды обитания.

В отличие от своих «коллег» на поверхности, пещерные микробы не могут использовать энергию солнечного света для создания органических веществ из углекислого газа в атмосфере. Этот процесс, известный как фотосинтез, является основой всей жизни на Земле.

Neilson и её команда обнаружили, что при отсутствии света бактерии живут за счет стока воды, которая попадает в пещеру через трещины в горных породах, а также за счет сбора энергии, высвобождаемой в результате распада органических веществ в вышележащих почвах и полезных ископаемых, растворённых в пределах трещин горной породы.

Учёные считают пещеры Картчнер уникальными потому, что это – пещеры в экосистеме пустыни. Они абсолютно не похожи на пещеры, расположенные в Кентукки или Западной Вирджинии, поверхность которых характеризуется значительной растительностью, а почва толстыми органическими слоями, обеспечивающими богатый органический углерод. В Картчнер примерно в 1000 раз меньше углерода, поступающего с водой.

Neilson объясняет, что пещерные микробы вместо того, чтобы полагаться на органический углерод, который является очень дефицитным ресурсом в пещере, используют энергию, содержащуюся в азотосодержащих соединениях, таких как аммиак и нитрит, чтобы преобразовать углекислый газ из воздуха в биомассу.

По словам Neilson, в пещере обнаружены микроорганизмы, которые используют все 6 известных способов для преобразования углерода из атмосферы. Исследователь отмечает, что «азотный» способ является доминирующим в известняковых пещерах. Однако, выявлены и некоторые микроорганизмы, которые «едят» горную породу для получения энергии из химических соединений, таких как марганец и пирит.

Научный руководитель исследований Raina Maier из College of Agriculture and Life Sciences отмечает, что она ожидала, что микробное сообщество на поверхности будет в разы более разнообразно нежели в пещере. Оказалось, что эти две экосистемы разделяют всего 16 разновидностей микроорганизмов, и это при том, что на поверхности есть все условия для их развития.

Для анализа ДНК образцов, взятых с известняковых пещер, Neilson и её команда использовали лабораторию Rod Wing. Помимо обнаружения всех основных признаков, характерных для полноценной весьма сложной пищевой цепочки, в пещере учёные обнаружили микробы, которые, вероятнее всего, не известны науке.

Примерно 20% обнаруженных бактерий не были достаточно подобны чему-либо в базе данных, что не позволило их однозначно идентифицировать. Neilson отмечает, что на одном сталактите её коллеги обнаружили весьма редкий организм в микробной группе под названием SBR1093, которой также было представлено порядка 10% населения на том сталактите.

Удивительно, но учёным удалось обнаружить микроорганизм, который ранее находили всего трижды: в строматолитах (особый тип осадочных пород) гиперсолевых вод Залива Шарк в Австралии, в болотистой местности Франции, которая чрезвычайно загрязнена углеводородами, и на станции очистки сточных вод в Брисбене (Австралия).

Это исследование очередной раз доказывает, что на нашей планете есть ещё много микроорганизмов, о которых учёным пока ничего не известно.

Источники:

1. kosmo-apparaty.ru