Более чем в 10 милях от бэккантри национального парка Йеллоустоун, на краю кальдеры, живет сообщество высот, настолько разнообразное, что ученые Университета штата Монтана называют его «невероятным, уникальным и действительно странным».
Сообщество микроорганизмов живет в сапфирово-голубом горячем источнике на высоте 8600 футов над уровнем моря на Континентальном водоразделе. Это бассейн, где вулканические газы поднимаются, смешиваясь с таянием снега и дождевой воды, феноменом, который обеспечивает исключительно высокий уровень разнообразия, сказал Дэн Колман, доцент кафедры микробиологии и иммунологии в Сельскохозяйственном колледже и Колледже литературы и Наука.
Колман обнаружил, что в образце размером с миниатюру больше микробного биоразнообразия, чем есть, если объединить все биоразнообразие животных и растений в Йеллоустоне. Некоторые были Бактериями, а другие — Археями, двумя из трех областей жизни, и менее половины из них были обнаружены ранее в гидротермальных системах. Некоторые могут даже быть современными родственниками древних микробов, потенциально предлагая уроки о жизни на ранней Земле и возможности жизни на других планетах.
«Мы считаем, что эта работа имеет довольно широкие последствия, которые охватывают несколько дисциплин», — сказал Колман, ведущий автор научной статьи, в которой объясняются выводы МГУ в горячем источнике, известном как Smoke Jumper 3 или SJ3.
Статья была опубликована 8 февраля в онлайн-журнале Nature Communications . Соавторами были доцент Эрик Бойд и докторант Мелоди Линдсей, оба на кафедре микробиологии и иммунологии.
Бойд сказал, что статья уникальна тем, что она не просто описывает разнообразие, которое можно найти в горячем источнике; это также объясняет условия, которые позволили этому разнообразию развиваться и поддерживаться.
«Многие люди заинтересованы в открытии разнообразия. Это конечная цель. Это замечательно», — сказал Бойд. «Дэн хотел знать, почему. Почему у нас так много разнообразия, и почему одни источники более разнообразны, чем другие?»
Колман приписывает это разнообразие уникальной геохимии бассейна гейзеров Smoke Jumper, особенно SJ3. Он сказал, что SJ3 — это идеальное место, чтобы начать понимать, как геологические процессы приводят к образованию вулканических газов в гидротермальных системах и как это, в свою очередь, поддерживает микробную жизнь, которая зависит от химических источников энергии, а не от световой энергии.
«Мы показываем, что это связано с его географическим положением и, не говоря уже о том, что он расположен на одном из крупнейших в мире действующих вулканов», — сказал он. «SJ3 расположен на большой высоте на Континентальном водоразделе, особенности, которые препятствуют проникновению глубоких гидротермальных водоносных горизонтов в эту область».
По словам Колмана, SJ3 и другие подобные источники питаются большими объемами вулканических газов, которые образуются при кипячении гидротермальных вод по мере их подъема к поверхности. Эти газы могут смешиваться с поверхностными водами, такими как недавние осадки или таяние снега.
Он отметил, что вулканический газ, который попадает в SJ3, очень отличается от газов, присутствующих в нашей атмосфере, в том, что ему не хватает кислорода. Скорее, вулканический газ обогащен водородом, метаном и окисью углерода, в то время как вода, которую он проникает, очень окислена или богата кислородом. Смешивание таких различных типов жидкостей, вероятно, улучшает условия, которые могут поддерживать микробную жизнь, приводя к большему разнообразию и предоставляя новые возможности для использования их «газовой» среды.
Сравнивая SJ3 со шведским столом, Колман сказал: «Подобно тому, как большое разнообразие блюд привлекает все больше и больше людей, так же как и горячий источник, предлагающий различные химические условия».
Так почему же исследователи МГУ сосредоточились на этом конкретном горячем источнике, когда в Йеллоустоне есть 14 000 горячих источников, которые они могли бы исследовать?
Давно интересовавшись ролью водорода в поддержке микробов, которые получают энергию от химических веществ вместо света, Бойд сказал, что горячие источники Smoke Jumper и другие горячие источники парка были обследованы в 1920-х и начале 1930-х годов учеными из Вашингтонского института Карнеги. Они опубликовали свои результаты в 1935 году, а позднее в работе Геологической службы США указывалось на особенно большие объемы вулканического газа в бассейне гейзера с перемычкой дыма. Зная об этом, Бойд и еще четыре человека провели день в Йеллоустоне в июле 2014 года, собирая образцы из SJ3 и трех близлежащих горячих источников.
«Просто взгляд на горячий источник не обязательно говорит вам, насколько он биоразнообразен», — сказал Бойд. «Но как только мы измерили pH источника и сделали другие измерения, мы поняли, что отбираем образец уникального источника ».
По словам Колмана, понадобилось еще около трех лет, чтобы запустить тесты генетического секвенирования и проанализировать результаты, которые выявили разнообразие микробного сообщества. Большинство горячих источников содержат пару видов микроорганизмов. В этом собрались представители почти половины всех известных групп микроорганизмов, живущих на Земле, включая десятки и десятки некультивированных архей и бактериальных линий.
Более того, многие из линий, которые мы обнаружили в SJ3, недавно привлекли значительное внимание из-за их способности информировать об эволюции метаногенеза (биологическое образование метана), в дополнение к ранее неизвестным типам метаногенов и глубоким ветвящимся микробным линиям. «связан с подземными средами и многими другими загадочными линиями», — сказал Колман. «Вполне вероятно, что дополнительные исследования таких систем и интригующих организмов в них дадут дополнительные важные сведения о микробной экологии и пролят новый свет на их роль в эволюции биогеохимических процессов».
