Микроорганизмы выдержали экстремально высокие температуры из-за ускоренного метаболизма

В 2016 году в ходе экспедиции «370» в Нанкайском желобе были обнаружены микроорганизмы, способные существовать при температуре 120 градусов Цельсия. Группа ученых из шести стран исследовала эти микроорганизмы и выяснила, что выдерживать такие экстремальные условия им помогает высокая скорость метаболизма. Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

Считается, что в отложениях, находящихся ниже уровня океанического дна (ультраабиссали), содержится большое биологическое разнообразие микроорганизмов. Существование таких организмов ограничено доступностью органических веществ и температурой, которая повышается на 30 градусов Цельсия с каждым километром по мере приближения к центру Земли.

Высокая температура повреждает белки и нуклеиновые кислоты, которые необходимы для функционирования клеток. Долгое время считали, что 80 градусов Цельсия — максимально высокая температура, при которой способны существовать микроорганизмы. Но в 2016 году экспедиция «370», включавшая ученых из девяти стран, исследовала Нанкайский желоб — глубоководную впадину в Тихом океане, расположенную к югу от японского острова Хонсю. В ходе экспедиции исследователи извлекли образцы пород, располагавшиеся на разных глубинах. Самый глубокий образец (1177 метров ниже уровня океанического дна) был извлечен из участка C0023, где температура достигала 120 градусов Цельсия. Несмотря на аномально высокую температуру, в этом образце были найдены микроорганизмы. Из-за маленькой численности установить видовой состав популяции микроорганизмов не удалось.

Группа ученых из Германии, Дании, США, Швейцарии, Швеции и Японии под руководством Тины Тройде (Tina Treude) из Калифорнийского Университета в Лос-Анджелесе исследовала микроорганизмы, обнаруженные в образцах из Нанкайского желоба, включая образец из участка C0023. C помощью радиоизотопного анализа серы-35 и углерода-14 исследователи оценили скорость сульфатредукции и метаногенеза, характерных для глубоководных микроорганизмов. Затем рассчитали теоретическую скорость прироста биомассы. Скорость прироста биомассы микроорганизмов, извлеченных из участка C0023, была на несколько порядков выше, чем скорость метаболизма тех, кто обитал на меньшей глубине и при меньших температурах.

Авторы отмечают, что увеличение интенсивности метаболизма глубоководных микроорганизмов, скорее всего, связано с возрастанием энергетических затрат на устранение температурных повреждений. В первую очередь к таким повреждениям относится рацемизация аминокислот — спонтанное превращение L-аминокислот в составе белка в D-аминокислоты. Рацемизация может искажать структуру белка и нарушать его работу. Деградировать такие белки и заменить их новыми, включающими только L-аминокислоты, — самый простой и энергетически выгодный способ решения этой проблемы. Но это возможно только при наличии достаточного количества аминокислот во внешней среде, а при температуре выше 45 градусов Цельсия они быстро разлагаются. Поэтому микроорганизмы вынуждены использовать более энергозатратный способ и активировать ферменты, которые превращают D-аминокислоты в L.

В глубоководных желобах часто находят что-нибудь интересное. Например, в Зондском желобе (Индийский океан) на рекордной для головоногих моллюсков глубине — свыше шести тысяч метров — обнаружили осьминога из рода Grimpoteuthis. А в Атакамском желобе (Тихий океан) на глубине свыше семи тысяч метров нашли три новых вида липардовых рыб.