Самый богатый фотосинтезирующий организм в мире теряет бесчисленные небольшие мешочки в океаны, которые могли оказывать драматическое влияние на морские экосистемы, согласно новому исследованию. Эти микробовые зародыши содержат протеины и генофонд, который может влиять на рост других морских микроорганизмов и даже защитить их от вирусов.Океаны включают самую большую экосистему в мире, и цианобактерии — одноклеточные организмы, получающие их энергию через фотосинтез — являются группой краеугольного камня. Один тип цианобактериев, Prochlorococcus, является самым богатым фотосинтезирующим организмом на планете, нумерующей в миллиарде миллиарда миллиардов.
Эти крошечные организмы составляют приблизительно 10% всего фотосинтеза на Земле, формирующей основу цепи питания и предоставляющей атмосфере кислород. Теперь, исследователи в Массачусетском технологическом институте (MIT) во главе с биологическим океанографом Салли Чишолм нашли, что цианобактерии могут играть еще большую роль в экосистеме, чем ранее мысль.В работе, опубликованной онлайн сегодня в Науке, бригада Чишолма сообщает, что цианобактерии прячут пузырьки — маленькие, приложенные к мембране мешочки — в окружающий океан. Чишолм сначала наблюдал пузырьки в 2008, когда один из ее аспирантов, Энн Томпсон, определил крошечные зародыши на поверхности Prochlorococcus под электронным микроскопом. “Волдыри, мы назвали их”, Чишолм вспоминает, “как небольшие пузыри”.
Несколько лет спустя постдокторант MIT Стивен Биллер предложил, чтобы эти волдыри могли бы быть пузырьками, на основе их подобия пузырькам от других разновидностей. Он подтвердил это путем изоляции волдырей и исследования их более тщательно под электронным микроскопом. Пузырьки были, по крайней мере, так же в изобилии как сами бактерии.Эти начальные наблюдения были сделаны на бактериях, культивированных в лаборатории, и не могли бы обязательно относиться к диким микроорганизмам.
Поэтому Biller вышел в область, собрав сотни литров морской воды от побережья Массачусетса и из Саргассового моря под Бермудами. Он нашел пузырьки в этих образцах точно так же, как те в лабораторных культурах. Анализ содержания волдырей показал множество биологических молекул: протеины, ДНК и РНК.
Упорядочивание ДНК показало, что прибыло из множества микроорганизмов, не просто Prochlorococcus. Таким образом эти пузырьки, кажется, общая особенность морских микроорганизмов.Поскольку они так в изобилии, и потому что они содержат различные биомолекулы, эти пузырьки составляют значительный источник органического углерода, азота и фосфора, которым могли бы питаться другие организмы.
Действительно, Чишолм и ее коллеги показали, что другой, нефотосинтетические бактерии могут вырастить использование cyanobacterial пузырьков как их единственный источник углерода. “Это – вид крупного рогатого скота”, говорит Марвин Уайтли, микробиолог в университете Техаса, Остина, кто не был вовлечен в исследование. “Это действительно изменяется, как мы думаем о морских экосистемах и как они настраиваются и как питательные вещества обеспечиваются”.Другое существенное последствие этого открытия – то, что, в словах Биллера, “это – вид выяснения у намного большего количества вопросов, чем, оно отвечает”.
Возможно, самый большой новый вопрос состоит в том, почему бактерии производят эти пузырьки во-первых. Авторы предлагают несколько гипотез.
Во-первых, преимущество цианобактериев от проживания среди других типов бактерий. При обеспечении пузырьков, поскольку еда для других бактерий поощрила бы это условие проживания. Также, потому что пузырьки содержат ДНК, они могут упростить обмен генофондом между отдельными бактериями, процесс, известный как горизонтальный перенос генов. В последний раз и возможно самый интересный, пузырьки могут помочь защитить от вирусов.
Группа Чишолма показала, что, когда вирусы, которые, как известно, напали на цианобактерии, смешаны с пузырьками, вирусы свойственны пузырькам и, кажется, заражают их, как будто пузырьки были живыми клетками. Авторы поэтому размышляют, что эти пузырьки могут функционировать как сотовые ложные цели, отвлекая вирусы, таким образом, они не заражают цианобактерии.
Безотносительно их цели эти пузырьки показывают, что у нас все еще есть много для приобретения знаний о жизни в океанах. “Мы не намеревались изучать это”, говорит Чишолм, “но Prochlorococcus всегда помещает вещи перед нами учиться.