Микроорганизмы помогают поддерживать чистоту воды в озерах. При этом они также обезвреживают азотистые соединения аммония, которые попадают в водоемы, например, с удобрениями, а также образуются естественным образом в результате метаболических процессов.

Международная группа под руководством Немецкой коллекции микроорганизмов и клеточных культур (DSMZ) и исследователей IGB Ханса-Петера Гроссарта и Дэнни Ионеску показала, что детоксикация аммония в глубинах европейских озер поддерживается лишь крайне малым числом специфических видов архебактерий.

Аммоний - это соединение азота, которое в высоких концентрациях токсично для водных организмов и загрязняет источники питьевой воды. Он образуется при разложении органических веществ в толще воды, а также попадает в озера и реки в качестве сельскохозяйственного удобрения из наземных районов водосбора. К счастью, самоочищающая сила водоемов существует в виде бесчисленных микроорганизмов, которые разлагают аммоний.

В глубоких слоях бедных питательными веществами больших озер (таких как Боденское озеро и многие другие предальпийские озера) эту функцию выполняют архебактерии. Они превращают аммоний в нитрат, который затем используется для производства азота N2 - основного компонента воздуха.
Всего в глубоких озерах мира насчитывается от одного до 15 различных видов архебактерий, разлагающих аммоний.

Исследователи изучили биоразнообразие и эволюционную историю аммоний-окисляющих архебактерий в глубоких озерах на пяти континентах. Они смогли показать, что видовое разнообразие этих архей в озерах по всему миру в среднем составляет от одного до 15 видов. В европейских озерах доминирующий вид даже сильно клонирован и имеет незначительное геномное микроразнообразие.

"Такая бедность видов делает самоочищающую силу глубоких озер потенциально уязвимой к изменениям окружающей среды и контрастирует с морскими экосистемами, где преобладает гораздо более высокое видовое разнообразие этой группы микроорганизмов", - объясняет Ханс-Петер Гроссарт, соавтор исследования, опубликованного в журнале Science Advances.
Давление отбора при смене среды обитания с морской на пресноводную

Команда также нашла объяснение такой малочисленности видов: колонизация пресных водоемов всегда происходила из морской среды обитания. Однако из-за гораздо более низкой концентрации соли в пресных водах археи должны были претерпевать значительные изменения в своей клеточной структуре, что им удавалось сделать лишь несколько раз в ходе эволюции. "Вероятно, такое давление отбора не позволило более широкому разнообразию аммонийно-окисляющих архей колонизировать пресные воды", - говорит Дэнни Ионеску, еще один соавтор исследования.

Исследователи были удивлены тем, что преобладающий вид пресноводных архей в Европе практически не изменился за 13 миллионов лет с момента своего появления и распространился квазиклонально из Европы в Азию. Авторы предполагают, что низкое содержание питательных веществ в сочетании с низкой температурой на 4 градуса Цельсия ниже термоклина и некоторыми другими ограничивающими факторами изученных озер препятствует высокой скорости роста и связанным с этим эволюционным изменениям.

Таким образом, эти архебактерии оказались в ловушке низкого генетического разнообразия. Поскольку последствия изменения климата более выражены в пресной воде, чем в морской среде обитания, что связано с потерей биоразнообразия, остается неясным, как чрезвычайно бедные видами и эволюционно статичные пресноводные археи отреагируют на изменения, вызванные глобальным потеплением и избыточным удобрением сельскохозяйственных земель.