Древние лавовые пещеры на Гавайях кишат загадочными формами жизни

Микробы - самые маленькие из известных живых организмов на Земле, их можно найти практически везде, даже в холодных, похожих на Марс условиях лавовых пещер.

На острове Гавайи ученые недавно обнаружили удивительный ассортимент новых микробов, процветающих в геотермальных пещерах, лавовых трубах и вулканических жерлах.

Эти подземные сооружения образовались 65 и 800 лет назад и практически не получают солнечного света. Они также могут содержать токсичные минералы и газы. Тем не менее, микробные маты - обычная особенность гавайских лавовых пещер. 

Образцы этих матов, взятые между 2006 и 2009 годами, а затем снова между 2017 и 2019 годами, обнаружили даже больше уникальных форм жизни, чем ожидалось. Когда исследователи секвенировали 70 образцов на наличие одного гена РНК, обычно используемого для определения микробного разнообразия и численности, они не смогли сопоставить ни один результат с известными родами или видами, по крайней мере, с высокой степенью достоверности.

"Это говорит о том, что пещеры и фумаролы являются недостаточно изученными разнообразными экосистемами", - пишут авторы исследования.

Микробы, после растений, составляют большую часть биомассы нашей планеты и почти всю биомассу в глубоких недрах Земли. Однако из-за того, что эти организмы настолько малы и живут в таких экстремальных условиях, ученые исторически не обращали на них внимания.

В последние годы к подземным микробам проявляется все больший интерес, поскольку они существуют в условиях, очень похожих на те, которые существуют на Марсе. Но впереди еще долгий путь.

По последним оценкам, 99,999% всех видов микробов остаются неизвестными, что заставляет некоторых называть их "темной материей".

Новое исследование с Гавайских островов подчеркивает, насколько неизвестны эти формы жизни.

Разнообразие среди объектов было разным. В более старых лавовых трубках, возраст которых составляет от 500 до 800 лет, популяции микробов были более разнообразны, чем в геотермически активных местах или местах, возраст которых менее 400 лет.

Хотя эти старые участки были более разнообразными, на более молодых и активных участках наблюдалось более сложное взаимодействие микробов, вероятно, из-за меньшего разнообразия. Возможно, микробам приходится работать вместе, чтобы лучше выживать.

Исследователи подозревают, что микробам требуется некоторое время для колонизации вулканических базальтов, и по мере изменения окружающей среды меняется и структура их сообщества. Например, в более холодных пещерах преобладают протеобактерии и актинобактерии.

"Это заставляет задуматься, способствуют ли экстремальные условия среды созданию более интерактивных микробных сообществ, в которых микроорганизмы больше зависят друг от друга?" - задается вопросом микробиолог Ребекка Прескотт из Гавайского университета в Маноа.

"И если да, то что именно в экстремальных условиях способствует этому?".

В более молодых лавовых пещерах микробы, как правило, находились в более отдаленном родстве. Это говорит о том, что в более суровых условиях конкуренция является более сильной силой, которая снижает вероятность того, что близкородственные виды будут жить бок о бок.

Несколько классов бактерий, таких как Chloroflexi и Acidobacteria, существовали почти на всех участках, независимо от возраста.

Эти микробы, по-видимому, являются ключевыми игроками в своих сообществах. Авторы называют их "узловыми" видами, поскольку они объединяют другие микробы.

Возможно, что микробы Chloroflexi могут служить источником углерода в экосистеме, используя световую энергию в относительно темных условиях.

Но пока это только предположения. Поскольку в ходе исследования был частично секвенирован только один ген, Прескотт и ее коллеги не могут сказать, какова роль того или иного микроба в их подземном сообществе.

"В целом, это исследование помогает проиллюстрировать, насколько важно изучать микробы в ко-культуре, а не выращивать их отдельно (в виде изолятов)", - говорит Прескотт.

"В природе микробы не растут в изоляции. Вместо этого они растут, живут и взаимодействуют со многими другими микроорганизмами в море химических сигналов от этих других микробов. Это может изменять экспрессию их генов, влияя на их работу в сообществе".

Исследование было опубликовано в журнале Frontiers in Microbiology.