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 о 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 отличии 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 основной 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 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.
