20.05.2021
Для геотермальных экосистем, к которым, например, относятся вулканы и горячие наземные и глубоководные источники, характерны суровые условия. Температуры здесь высокие, а среда может быть очень кислой или очень щелочной. Кроме того, в них также часто содержатся химически активные соединения, которые могут быть смертельны для живых организмов, поскольку они способны разрушить мембрану обычной клетки.
Но, оказывается, и в таких условиях могут обитать микроорганизмы. Российские ученые, исследуя карьеры Кемеровской области, нашли микробов в подземных угольных пластах, объятых пожаром. Они схожи с теми, что населяют горячие источники и другие суровые среды, и способны перерабатывать угарный газ, водород, нитраты и другие, зачастую опасные для человека соединения. Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Microorganisms.
«Существовать здесь могут лишь очень приспособленные микроорганизмы. Они не только обладают уникальными защитными системами, но и способны получать энергию в ходе химических превращений тех веществ, что им доступны. Особенности их метаболизма активно использует человек: одни ферменты помогают биологам размножать молекулы ДНК в пробирке, другие — отбеливать ткани», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Виталий Кадников, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник ФИЦ Биотехнологии РАН.
Молодые и пока плохо исследованные аналоги этих природных экосистем (называемые просто термальными) — места добычи углеводородов, то есть нефтяные скважины и угольные карьеры. Последние стали объектом исследования группы ученых из ФИЦ Биотехнологии РАН (Москва) и Томского государственного университета (Томск). Авторы изучили карьеры неподалеку от города Киселевск, Кемеровская область, и отобрали пробы пластов из мест, где были признаки подземного пожара — нагретый грунт, выходящие на поверхность дым и пар. Они охарактеризовали химический и минералогический состав образцов, чтобы понять, какие именно вещества могут использовать для получения энергии заселяющие уголь бактерии. Затем биологи определили видовой состав микроорганизмов из пласта, проанализировав содержащиеся в нем ДНК, а именно — последовательности гена одной из субъединиц рибосом, часто используемого для подобных целей.
Выяснилось, что в Кузбасском карьере обитает более десятка групп микроорганизмов, в большинстве своем — бактерии. Архей, которых принято считать обычными жителями экстремальных экосистем, оказалось не более 3%; все они хемолитоавтотрофы, перерабатывающие аммиак в нитрит. Последнее соединение стало «пищей» для другой немногочисленной группы организмов, переводящей его в нитраты, которые люди используют, например, в качестве удобрений.
Среди бактерий преобладали представители типа Chloroflexi, часто встречающиеся в средах с высоким содержанием углекислого газа; они же способны переводить ядовитый угарный газ в СО2. Потенциально это может быть полезным для новых технологий очистки воздуха везде, где используются печная топка. Некоторые бактерии из найденных в угольных пластах могут окислять водород с образованием воды.
Были обнаружены и микробы, которым для жизни нужен метан. Многие из определенных организмов могут фиксировать углекислый газ и расти автотрофно, но были и те, что питаются мертвыми останками своих собратьев. Кузбасский карьер оказался хорошо сбалансированным микробным сообществом, по разнообразию превосходящий подобные изученные ранее объекты в Китае, США и на Алтае.
«Наше исследование — еще один шаг к пониманию того, как возникли эти относительно молодые экосистемы, какие связи в них есть и можем ли мы использовать их. Они очень похожи на те, что формируются вокруг горячих источников, но кто знает, может, в них найдутся очень специфические организмы, которые позволят разработать новые способы получения ценных биотехнологических продуктов за счет использования водорода и угарного газа, образующихся при газификации угля», — рассказывает Виталий Кадников.
Фотографии с места отбора проб. Источник: Виталий Кадников.
Пресс-служба РНФ
Нет комментариев