Вид через окуляр препаровального микроскопа: группа из 25 N. stella foraminifera. Фораминиферы чрезвычайно многочисленны на Земле. Большинство из них имеют диаметр всего около 300 микрон. Авторы и права: Ocean Exploration Trust, NOAA Ocean Exploration и НАСА.
Выживание большей части жизни на Земле зависит от солнечной энергии, но как насчет организмов в глубоком море, живущих за пределами досягаемости его лучей? Новое исследование, проведенное Океанографическим институтом Вудс-Хоула (WHOI), опубликованное в журнале ISME Journal, проливает свет на то, как виды фораминифер, одноклеточных организмов, встречающихся почти во всех морских средах обитания, процветают в темной, бескислородной среде.
Для этого вида фораминифер ответом является хемоавтотрофия, метаболический процесс, который использует неорганические источники энергии, возможно, сульфид, для поглощения углерода, что позволяет ему выживать в бескислородной среде. Хемоавтотрофия наблюдалась у бактерий и архей, которые представляют собой микробные организмы без настоящего ядра. Однако фораминиферы являются эукариотами, то есть у них есть четко выраженное ядро, в котором находится генетический материал организма.
«Животные, растения, морские водоросли и фораминиферы — все это эукариоты. Мы были заинтересованы в изучении этой фораминиферы, потому что она процветала в среде, очень похожей на земную, в докембрийский период, время до эволюции животных», — объяснила Фатма Гомаа, научный сотрудник. на факультете геологии и геофизики WHOI.
«В то время в океанах было очень мало или совсем не было доступного кислорода и были высокие концентрации токсичных неорганических соединений; условия были аналогичны некоторым современным средам, обнаруженным на морском дне, особенно в отложениях. Понимание источников энергии и углерода, используемых фораминиферами, помогает нам чтобы ответить на вопросы о том, как эти виды адаптируются к изменениям окружающей среды, одновременно расширяя наши знания об эволюции эукариотической жизни на Земле».
Используя дистанционно управляемый аппарат Hercules с исследовательского судна E/V Nautilus, которым управляет Ocean Exploration Trust, команда собрала отложения, содержащие фораминиферы, примерно на 570 метров (1870 футов) ниже поверхности океана, у побережья Калифорнии.
На глубине команда использовала два основных метода, чтобы узнать о жизненных стратегиях фораминифер. Первый включал введение в образцы консерванта (видимого красным красителем), сохраняющего фораминиферы на месте. Исследователи оценили использование различных метаболических путей с помощью анализа экспрессии генов.
Кроме того, исследователи использовали инкубации in situ с изотопным углеродным индикатором — метод, который позволяет отслеживать меченые метаболиты посредством химических реакций. Эти инкубаторы хранились на морском дне примерно 24 часа, прежде чем их извлекали и отбирали пробы при красном свете.
«Когда мы проанализировали инкубацию индикаторов на морском дне, мы увидели, что индикатор перемещался из воды и был связан с биомассой фораминифер. Это дало нам представление о том, откуда эти организмы получали углерод», — сказал Дэниел Роджерс, доцент кафедры фораминифер. заведующий кафедрой химии в колледже Стоунхилл.
«Для нас было важно провести эти наблюдения на глубине, где эти организмы находятся в своем естественном состоянии. Вынося их на поверхность, мы подвергаем их воздействию света, повышаем температуру окружающей среды и изменяем величину давления, которое они испытывают». находятся под водой. Такой подход in situ дает нам более точное представление о том, как эти организмы выживают в таких суровых условиях».
Джоан Бернхард, старший научный сотрудник отдела геологии и геофизики WHOI и эксперт по фораминиферам, десятилетиями изучала популяцию донных фораминифер, чтобы узнать, как эти удивительные существа выживают в этой сложной среде, и делала это на протяжении большей части истории Земли.
Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса благодаря более чем 100 000 подписчиков, которые ежедневно получают информацию от Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте обновления о прорывах, инновациях и важных исследованиях — ежедневно или еженедельно.
«Фораминиферы чрезвычайно многочисленны на Земле. Большинство из них имеют диаметр всего около 300 микрон, поэтому они довольно маленькие. В объеме размером с ластик на карандаше в этой темной, бескислородной и сульфидной среде обитания может существовать около 500 особей этого вида. .» Бернхард объяснил.
Это исследование было поддержано НАСА, которое интересуется возможностью существования жизни на других планетах и способами ее выживания. Хотя глубокое море не может быть дальше от внеземных планет, обе среды имеют общие черты, такие как низкие температуры, темнота и во многих местах отсутствие кислорода.
«Этот вид захватывает хлоропласты несвязанного организма — органеллы, которые осуществляют фотосинтез под воздействием солнечного света. Этот процесс называется клептопластика, при которой организм крадет хлоропласты у другого типа организмов, хотя эти фораминиферы никогда не подвергаются воздействию солнечного света. Мы знаем, что клептопластика — это здесь происходит, но нам нужны были дополнительные исследования, чтобы понять, почему этот фораминифер настолько успешен в темноте, без кислорода».
Помимо их способности процветать в том, что некоторые считают экстремальной средой обитания; раковины фораминифер также используются в исследованиях изменения климата и для поиска запасов углеводородов. «У нас есть летописи окаменелостей фораминифер, возраст которых превышает полмиллиарда лет, а это означает, что у нас более длинные записи об этой группе, чем о большинстве других форм жизни на Земле», — продолжил Бернхард.
«Изучая эти окаменелости, мы можем увидеть, как их раковины реагировали на изменения в окружающей среде, такие как температура, соленость, pH или кислород. Изучая геохимию, сохранившуюся в их раковинах, фораминиферы являются отличным инструментом для определения возраста и окружающей среды геологическое месторождение.
«Вся эта информация необходима для создания точных климатических данных. Тот факт, что виды фораминифер являются хемоавтотрофными, поднимает вопросы об их геохимических записях и о том, правильно ли мы их интерпретируем. Другие виды фораминифер также могут вести себя таким же образом».
Исследователи также сохранили образцы двух других видов фораминифер, и первоначальные результаты показывают, что эти типы биологически различаются. В настоящее время ученые проводят сопоставимый анализ этих других видов, чтобы определить их источники энергии и углерода.
Информация от: Океанографическим институтом Вудс-Хоул.
