Ученые Лаборатории ядерных проблем им. В. П. Джелепова совместно с коллегами из Института ядерных исследований Российской академии наук (ИЯИ РАН) изучили микробное сообщество глубоководного подземного соленого источника в Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН (Кабардино-Балкария, Россия). В результате исследования были открыты шесть новых родов бактерий, а также описана уникальная переходная зона между подземной и начинающейся поверхностной биосферами.
Глубокая подземная биосфера — одна из наименее изученных экосистем Земли. На ее долю приходится от 12 до 20 % общемировой биомассы, что сопоставимо с биомассой всех лесов или морских экосистем планеты. Более 99 % обитающих здесь микроорганизмов — бактерий и архей — невозможно культивировать в лабораторных условиях. Именно поэтому ученые образно называют подземную биосферу «темной материей биологической вселенной». Изучение таких сообществ, особенно на стыке бескислородной и кислородсодержащей сред, важно для понимания глобальных биогеохимических процессов, протекающих в литосфере.
Объектом исследования стал гидротермальный источник, расположенный в неиспользуемой части тоннеля Баксанской нейтринной обсерватории (БНО) ИЯИ РАН на глубине около 2 км. Здесь сложились уникальные условия, при которых лишенные кислорода воды, насыщенные газами из периферической магматической камеры Эльбруса, вступают в контакт с атмосферным воздухом.
Чтобы изучить состав этого сообщества, исследователи из ЛЯП ОИЯИ и ИЯИ РАН применили метод метагеномного секвенирования. В отличие от традиционных подходов, он позволяет анализировать генетический материал всех организмов непосредственно в отобранном на месте исследования образце, минуя стадию культивирования, которая невозможна для большинства природных сообществ.
В результате анализа ученые получили 19 геномов, принадлежащих к различным группам бактерий. Выяснилось, что микробное сообщество источника БНО обладает высоким метаболическим разнообразием. Ключевые процессы в нем связаны с трансформацией соединений из магматической камеры: в сообществе доминируют организмы, способные получать энергию, окисляя водород, метан, аммиак и двухвалентное железо.
Исследование подтвердило присутствие в биопленке как аэробных, так и строго анаэробных групп, что доказывает существование зон с разным уровнем доступа кислорода. Одной из самых интересных находок стали «хищные» цианобактерии, которые питаются другими микроорганизмами. Сравнительный анализ подтвердил уникальность баксанского сообщества: оно не похоже ни на обитателей глубоких гранитных массивов (анаэробные условия), ни на представителей карстовых пещер (аэробные условия). Это связано со специфическими геохимическими условиями, которые характеризуются постоянным потоком вулканических субстратов в сочетании с доступом кислорода и нейтральным pH воды источника.
Сравнение микробного сообщества источника БНО с микробными сообществами глубоких гранитных местообитаний и карстовых пещер по всему миру с использованием метрики «несходство Брея-Кертиса»
В исследовательской работе впервые детально описаны структура и функции микробного сообщества на границе глубокой подземной и начинающейся поверхностной биосфер.
«Полученные данные описывают новый тип биологического сообщества и предлагают модель для изучения микробной колонизации в переходных зонах, где сталкиваются обитатели двух разных экосистем», – отметила начальник сектора молекулярной генетики клетки ЛЯП ОИЯИ Елена Кравченко.
На основе классификации собранных геномов ученые идентифицировали шесть новых родов бактерий. Им были присвоены кандидатные названия, отражающие географию поиска и вклад в работу Объединенного института и ИЯИ РАН:
- Candidatus Neutrinobacter,
- Candidatus Jinrextremum,
- Candidatus Inralta,
- Candidatus Jinrbaksania,
- Candidatus Neutrinellum,
- Candidatus Inrsubterrania.
Статья с результатами исследования опубликована в журнале Microbiology Spectrum. Ее авторами стали сотрудники сектора молекулярной генетики клетки ЛЯП ОИЯИ (Кирилл Тарасов, Михаил Зарубин, Алена Яхненко и Елена Кравченко) и Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН (Альберт Гангапшев). Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда (проект № 24-24-00003).
Сравнение микробного сообщества источника БНО с микробными сообществами глубоких гранитных местообитаний и карстовых пещер по всему миру с использованием метрики «несходство Брея-Кертиса»