Любой защитник пустынных экосистем с радостью расскажет вам, что пустыня не является бесплодной землей, невзирая на ее внешний вид. Большинство пустынных регионов могут похвастаться многочисленными сообществами млекопитающих, насекомых, птиц и других существ, видимых невооруженным глазом, но также существуют сложные сообщества микробов, которые делают пустыни жизненно важными с биологической точки зрения. Об этом свидетельствует открытие на севере Чили, где ученые обнаружили скрытую биосферу под одной из самых жарких и засушливых пустынь планеты.
Пустыня Атакама, занимающая около 64 000 квадратных километров земли к западу от Анд, является самым засушливым местом на Земле, если не считать полярные пустоши. Поскольку в некоторых районах Атакамы осадки отсутствуют в течение десятков лет и лишь немногие млекопитающие приспособились к жизни там. Однако отсутствие видимой живности не означает, что регион лишен жизни; сама почва населена живыми организмами, подобно биологическим почвенным корочкам Американского Юго-Запада.
Исследователи из Немецкого исследовательского центра геонаук GFZ поставили перед собой задачу изучить микробные экосистемы в Юнгае, самой сухой и стерильной части Атакамы. Предыдущие исследования были сосредоточены на верхнем метре почвы в Юнгае, и показали, что подземные пространства предлагают микробам убежище от солнечного ультрафиолетового излучения, а также достаточно влаги для выживания. Однако почвенные горизонты глубже одного метра практически не исследовались. Команда GFZ пробурила 4,2-метровый туннель через почвенный разрез в Юнгае, собирая образцы грунта каждые 10 сантиметров. Они обнаружили, что почва региона богата микробами, хотя невидимые экосистемы значительно различались в зависимости от их удаленности от поверхности.
Пустыня Атакама на севере Чили. Фото: Wikimedia Commons
Согласно статье, опубликованной во вторник в журнале PNAS Nexus, новый специализированный метод молекулярного ДНК-анализа позволил исследователям извлечь внутриклеточную и внеклеточную ДНК из тех же образцов осадочных пород. Это помогло команде изучить живые и дормантные микроорганизмы, обитающие на разных глубинах почвы Юнгая. После извлечения ДНК из собранных образцов с помощью центрифуг и ультратонких фильтров, они определили виды, к которым принадлежал обнаруженный микробный генетический материал.
В первых 80 сантиметрах почвы исследователи в основном обнаружили микробы типа Firmicutes, категории грамположительных бактерий. Однако, чем глубже они опускались, численность Firmicutes снижалась, что указывало на то, что высокая концентрация соли и экстремальный дефицит влаги затрудняли их выживание. В более глубоких образцах почвы (2+ метра) были обнаружены бактерии типа Actinobacteriota, «сокровищницы биологически активных соединений», необходимых для более крупных экосистем и даже для фармацевтической промышленности.
Исследователи утверждают, что Actinobacteriota выживают глубоко в почве благодаря присутствию везикулярного гипса. Ученые давно задавались вопросом, могут ли микробы самостоятельно дегидратировать гипс в ангидрит, безводное соединение, забирая при этом воду гипса себе. Для обезвоживания гипса обычно требуются высокие температуры (85 градусов по Цельсию или 185 градусов по Фаренгейту). Тем не менее, команда предполагает, что высокие концентрации соли и изнуряющая жара Атакамы могут сделать этот процесс более эффективным.
«Учитывая широкое распространение засушливых земель на нашей планете, присутствие потенциально связывающих углерод сообществ в ранее неизученных подземных почвах имеет глубокие последствия не только для биоразнообразия в пустынях, но и для круговорота элементов в глобальном масштабе», — отметил соавтор исследования Дирк Вагнер. «Это указывает на то, что важность этих мест обитания до сих пор недооценивалась. И это подчеркивает важность подземной среды обитания для всестороннего понимания пустынных экосистем в будущем».