Глубоко в океане на границах тектонических плит из гидротермальных источников поднимаются горячие жидкости. Эти жидкости лишены кислорода и содержат большое количество металлов, таких как железо, марганец или медь. Некоторые из них также могут содержать сульфиды, метан и водород. Когда горячая вода смешивается с холодной и насыщенной кислородом окружающей морской водой, образуются гидротермальные шлейфы, содержащие дымоподобные частицы сульфида металла.

Эти шлейфы поднимаются на сотни метров от морского дна и рассеиваются на тысячи километров от своего источника. Гидротермальные шлейфы могут показаться опасным местом для того, чтобы чувствовать себя как дома. Однако это не мешает некоторым бактериям процветать именно там, говорится в исследовании, опубликованном в журнале Nature Microbiology.

"Мы подробно рассмотрели бактерии рода Sulfurimonas, - говорит первый автор исследования Массимилиано Молари из Института морской микробиологии Макса Планка в Бремене, Германия. До сих пор было известно, что эти бактерии растут только в низкокислородной среде, но иногда генные последовательности были обнаружены и в гидротермальных шлейфах. Как следует из их названия, они используют энергию сульфида. "Предполагалось, что они попадают туда из среды, связанной с морским дном. Но мы задались вопросом, могут ли плюмы на самом деле быть подходящей средой для некоторых представителей группы Sulfurimonas".

Сложные условия отбора проб

Вместе с коллегами из Института Альфреда Вегенера, Центра полярных и морских исследований имени Гельмгольца в Бремерхафене (AWI) и Центра морских экологических наук MARUM Бременского университета Молари отправился в сложную поездку для отбора проб в гидротермальных плюмах в Центральной Арктике и южной части Атлантического океана.

"Мы отобрали пробы плюмов в чрезвычайно удаленных районах ультранизких спрединговых хребтов, которые никогда ранее не изучались. Сбор образцов гидротермальных плюмов очень сложен, поскольку их нелегко обнаружить. Отбор проб становится еще сложнее, когда плюм находится на глубине более 2 500 метров, под арктическим морским льдом или в штормовых зонах Южного океана", - объясняет Антье Бетиус, руководитель группы в Институте морской микробиологии Макса Планка и директор AWI, который был главным ученым в арктических миссиях. На борту исследовательского судна Polarstern ученым удалось собрать образцы и в этой воде изучить состав и метаболизм бактерий.

Хорошо приспособленный и широко распространенный

Молари и его коллеги выявили новый вид Sulfurimonas под названием USulfurimonas pluma (надстрочный знак "U" означает "некультивируемый"), обитающий в холодных, насыщенных кислородом гидротермальных плюмах. Удивительно, но этот микроорганизм использовал в качестве источника энергии водород из плюма, а не сульфид. Ученые также исследовали геном микробов и обнаружили, что он сильно редуцирован, в нем отсутствуют гены, типичные для их родственников, но зато имеются другие, позволяющие им расти в этой динамичной среде.

"Мы считаем, что гидротермальный плюм не только рассеивает микроорганизмы из гидротермальных источников, но и может экологически связывать открытый океан с обитателями морского дна. Наш филогенетический анализ позволяет предположить, что USulfurimonas pluma мог произойти от предка, связанного с гидротермальными источниками, который приобрел более высокую кислородоустойчивость и затем распространился по всему океану. Однако это еще предстоит изучить", - говорит Молари.

Изучение геномных данных из других плюмов показало, что USulfurimonas pluma произрастает в таких условиях по всему миру. "Очевидно, что они нашли экологическую нишу в холодных, насыщенных кислородом и богатых водородом гидротермальных плюмах", - говорит Молари. "Это означает, что мы должны пересмотреть наши представления об экологической роли Sulfurimonas в глубоком океане - они могут быть гораздо важнее, чем мы думали раньше".