Исследователи из Лаборатории ядерных проблем имени В. П. Джелепова вместе с учеными Института ядерных исследований РАН провели анализ микробного сообщества глубокого подземного соленого источника, расположенного в Баксанской нейтринной обсерватории.
В ходе работы удалось выявить шесть ранее неизвестных родов бактерий, а также подробно описать необычную переходную область между подземной средой и формирующейся поверхностной биосферой.
Глубинная подземная биосфера считается одной из самых малоизученных экосистем на планете. При этом она содержит от 12 до 20 % всей мировой биомассы, что сопоставимо с массой всех лесов или морских экосистем Земли. Более 99 % микроорганизмов, обитающих в этих условиях (бактерий и архей), невозможно вырастить в лаборатории. По этой причине ученые часто называют подземную биосферу «темной материей биологического мира». Исследования таких экосистем, особенно в зонах контакта бескислородных и кислородных сред, имеют большое значение для понимания глобальных биогеохимических процессов в литосфере.
Объектом исследования стал гидротермальный источник, находящийся в заброшенной части тоннеля Баксанской нейтринной обсерватории на глубине примерно двух километров. Здесь сформировались особые условия: лишенные кислорода воды, обогащенные газами из периферической магматической камеры Эльбруса, взаимодействуют с атмосферным воздухом.
Для изучения состава микробного сообщества специалисты ЛЯП ОИЯИ и ИЯИ РАН использовали метод метагеномного секвенирования. В отличие от классических методов, этот подход позволяет исследовать генетический материал всех организмов прямо в образце, без необходимости их предварительного культивирования, что особенно важно для природных сообществ.
В результате ученые реконструировали 19 геномов, относящихся к различным группам бактерий. Было установлено, что микробное сообщество источника отличается высоким разнообразием метаболических процессов. Основную роль играют реакции, связанные с преобразованием веществ, поступающих из магматической камеры: здесь преобладают организмы, получающие энергию за счет окисления водорода, метана, аммиака и двухвалентного железа.
Также было подтверждено присутствие как аэробных, так и строго анаэробных микроорганизмов, что свидетельствует о наличии зон с различным уровнем содержания кислорода. Особый интерес вызвало обнаружение «хищных» цианобактерий, питающихся другими микробами. Сравнительный анализ показал, что баксанское сообщество уникально: оно не сходно ни с микрофлорой глубоких гранитных пород (где преобладают анаэробные условия), ни с обитателями карстовых пещер (где доминирует кислородная среда). Такая специфика обусловлена сочетанием постоянного поступления вулканических веществ, доступа кислорода и нейтрального уровня pH воды.
Впервые в рамках данного исследования были детально охарактеризованы структура и функции микробного сообщества на границе глубокой подземной и формирующейся поверхностной биосфер.
Как отметила руководитель сектора молекулярной генетики клетки ЛЯП ОИЯИ Елена Кравченко, полученные результаты позволяют говорить о новом типе биологического сообщества и дают модель для изучения заселения микроорганизмами переходных зон, где взаимодействуют представители разных экосистем.
Анализ геномов позволил выделить шесть новых родов бактерий, которым присвоили рабочие названия, отражающие место их обнаружения и вклад научных организаций:
Candidatus Neutrinobacter,
Candidatus Jinrextremum,
Candidatus Inralta,
Candidatus Jinrbaksania,
Candidatus Neutrinellum,
Candidatus Inrsubterrania.
Результаты исследования опубликованы в журнале Microbiology Spectrum. В числе авторов — сотрудники ЛЯП ОИЯИ (Кирилл Тарасов, Михаил Зарубин, Алена Яхненко и Елена Кравченко) и Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН (Альберт Гангапшев). Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда в рамках проекта № 24-24-00003.
