Фитопланктон, улавливающий углерод, колонизировал океан, сплавляясь по частицам хитина

Новости сегодня - Фитопланктон, улавливающий углерод, колонизировал океан, сплавляясь по частицам хитина

Новое исследование показывает, что фитопланктон, улавливающий углерод, колонизировал океан, сплавляясь по частицам хитина.

По всему океану миллиарды и миллиарды растительноподобных микробов образуют невидимый плавучий лес. Дрейфуя, крошечные организмы используют солнечный свет, чтобы поглощать углекислый газ из атмосферы. В совокупности этот фотосинтезирующий планктон, или фитопланктон, поглощает почти столько же CO 2 , сколько наземные леса мира. Измеримая часть их мышц, улавливающих углерод, поступает от Prochlorococcus — свободно плавающего изумрудного оттенка, который сегодня является самым распространенным фитопланктоном в океанах.

Но прохлорококки не всегда обитали в открытых водах. Предки микроба, вероятно, держались ближе к побережью, где питательные вещества были в изобилии, а организмы выживали в общих микробных матах на морском дне. Как же тогда потомки этих обитателей побережья оказались сегодня фотосинтезирующими электростанциями открытого океана?

Ученые Массачусетского технологического института считают, что рафтинг был ключом. В новом исследовании они предполагают, что предки Prochlorococcus приобрели способность цепляться за хитин — деградировавшие частицы древних экзоскелетов. Микробы путешествовали по проплывающим мимо хлопьям, используя частицы как плоты, чтобы отправиться дальше в море. Эти хитиновые плоты, возможно, также обеспечивали необходимые питательные вещества, подпитывая и поддерживая микробы во время их путешествия.

Укрепленные таким образом поколения микробов, возможно, получили возможность развить новые способности, чтобы приспособиться к открытому океану. В конце концов, они развились бы до такой степени, что могли бы прыгнуть с корабля и выжить как свободно плавающие обитатели океана, которые живут сегодня.

«Если бы прохлорококки и другие фотосинтезирующие организмы не колонизировали океан, мы бы смотрели на совсем другую планету», — говорит Роджер Браакман, научный сотрудник Департамента наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института (EAPS). «Именно тот факт, что они смогли прикрепиться к этим хитиновым плотам, позволил им закрепиться в совершенно новой и огромной части биосферы планеты, что навсегда изменило Землю».

Браакман и его сотрудники представляют свою новую гипотезу «хитинового плота», а также эксперименты и генетические анализы, подтверждающие эту идею, в исследовании, опубликованном на этой неделе в PNAS .

Соавторами из Массачусетского технологического института являются Джованна Каповилья, Грег Фурнье, Джулия Шварцман, Синда Лу, Алексис Йелтон, Элейн Томас, Джек Пайетт, Курт Кастро, Отто Кордеро и профессор Института Массачусетского технологического института Салли (Пенни) Чисхолм, а также коллеги из различных учреждений, включая Океанографический институт Вудс-Хоул.

Странный ген

Prochlorococcus — одна из двух основных групп, принадлежащих к классу, известному как пикоцианобактерии, которые являются самыми маленькими фотосинтезирующими организмами на планете. Другая группа — это Synechococcus, близкородственный микроб, который в изобилии встречается в океане и пресноводных системах. Оба организма живут за счет фотосинтеза.

Но оказывается, что некоторые штаммы Prochlorococcus могут вести альтернативный образ жизни, особенно в слабоосвещенных регионах, где трудно поддерживать фотосинтез. Эти микробы «миксотрофны», они используют для роста сочетание других стратегий захвата углерода.

Исследователи в лаборатории Чизхолма искали признаки миксотрофии, когда наткнулись на общий ген у нескольких современных штаммов Prochlorococcus. Этот ген кодирует способность расщеплять хитин, богатый углеродом материал, получаемый из отслоившихся панцирей членистоногих, таких как насекомые и ракообразные.

«Это было очень странно», — говорит Каповилья, которая решила углубиться в находку, когда присоединилась к лаборатории в качестве постдока.

Для нового исследования Каповилла провела эксперименты, чтобы увидеть, действительно ли Prochlorococcus может расщеплять хитин полезным способом. Предыдущая работа в лаборатории показала, что ген, разлагающий хитин, появился у штаммов Prochlorococcus, живущих в условиях низкой освещенности, и у Synechococcus. Ген отсутствовал у прохлорококков, населяющих более освещенные солнцем регионы.

В лаборатории Каповилла вводил частицы хитина в образцы штаммов при слабом и ярком освещении. Она обнаружила, что микробы, содержащие этот ген, могут разлагать хитин, и из них, по-видимому, только прохлорококки, адаптированные к слабому свету, выиграли от этого разрушения, поскольку в результате они, по-видимому, также росли быстрее. Микробы также могли прилипать к хитиновым чешуйкам — результат, который особенно заинтересовал Браакмана, изучающего эволюцию метаболических процессов и то, как они повлияли на экологию Земли.

«Люди всегда спрашивают меня: как эти микробы колонизировали ранний океан?» он говорит. «И когда Джио проводил эти эксперименты, был момент «ага»».

Браакман задался вопросом: мог ли этот ген присутствовать у предков Prochlorococcus таким образом, что позволял прибрежным микробам прикрепляться к хитину и питаться им, а затем перемещаться на хлопьях в море?

Это все во времени

Чтобы проверить эту новую гипотезу «хитинового плота», команда обратилась к Фурнье, который специализируется на отслеживании генов разных видов микробов на протяжении всей истории. В 2019 году лаборатория Фурнье создала эволюционное дерево для тех микробов, у которых обнаружен ген, разлагающий хитин. На этом дереве они заметили тенденцию: микробы начинают использовать хитин только после того, как членистоногие становятся многочисленными в конкретной экосистеме.

Чтобы гипотеза о хитиновых плотах подтвердилась, этот ген должен был присутствовать у предков Prochlorococcus вскоре после того, как членистоногие начали колонизировать морскую среду.

Команда изучила летопись окаменелостей и обнаружила, что водные виды членистоногих стали многочисленными в раннем палеозое, около полумиллиарда лет назад. Согласно эволюционному дереву Фурнье , это также происходит примерно в то время, когда ген, разрушающий хитин, появляется у общих предков Prochlorococcus и Synecococchus.

«Время очень удачное», — говорит Фурнье. «Морские системы наполнялись этим новым типом органического углерода в форме хитина, точно так же, как гены , использующие этот углерод, распространялись среди всех различных типов микробов. И движение этих частиц хитина внезапно открыло микробам возможность действительно выйти в открытый океан».

Появление хитина могло быть особенно полезным для микробов, живущих в условиях низкой освещенности, например, вдоль прибрежного морского дна, где, как считается, жили древние пикоцианобактерии. Для этих микробов хитин был столь необходимым источником энергии, а также выходом из их общей прибрежной ниши.

Браакман говорит, что, попав в море, микробы-сплавщики стали достаточно крепкими, чтобы выработать другие приспособления для жизни в океане. Миллионы лет спустя организмы были готовы «сделать решающий шаг» и превратиться в свободно плавающих фотосинтезирующих прохлорококков, существующих сегодня.

«В конце концов, речь идет об экосистемах, развивающихся вместе», — говорит Браакман. «С помощью этих хитиновых плотов и членистоногие, и цианобактерии смогли проникнуть в открытый океан. В конечном итоге это способствовало возникновению современных морских экосистем».

Фитопланктон, улавливающий углерод, колонизировал океан, сплавляясь по частицам хитина

Понравилась новость - поделитесь с Друзьями!

Новости партнеров:

Рубрика: Наука, Новости

Вам могло бы понравиться:

Открыли ключ к разгадке стабильности Вселенной Открыли ключ к разгадке стабильности Вселенной
Талантливых детей с ограничениями по здоровью ждет Интеллектуальный марафон Талантливых детей с ограничениями по здоровью ждет Интеллектуальный марафон
Обнаружена новая сверхновая типа Ia Обнаружена новая сверхновая типа Ia
НИЯУ МИФИ наградит лучших учителей физики НИЯУ МИФИ наградит лучших учителей физики

Оставить комментарий

Вы должны Войти, чтобы оставить комментарий.

©2015 - 2024 Актуальные Новости Сегодня. Все права защищены.
При копировании материалов активная гиперссылка на этот сайт ОБЯЗАТЕЛЬНА!