Глубоководные черви и бактерии объединяются для сбора метана

Ученые из Калифорнийского технологического института и Западного колледжа обнаружили метанический симбиоз между червями и бактериями на дне моря, проливая новый свет на экологию глубоководной среды.

Они обнаружили, что бактерии, принадлежащие к семейству Methylococcaceae, ездят на перьях, которые действуют как органы дыхания червей Laminatubus и Bispira. Methylococcaceae – это метанотрофы, что означает, что они собирают углерод и энергию из метана, молекулы, состоящей из углерода и водорода.

Черви, длина которых составляет несколько дюймов, в большом количестве были обнаружены вблизи глубоководных метановых утечек, вентиляционных отверстий на дне океана, где богатые углеводородами жидкости вытекают в океан, хотя было неясно, почему черви предпочитали вентиляционные отверстия. Оказывается, черви медленно переваривают бактерии, путешествующие по дну моря, и таким образом поглощают углерод и энергию, которые бактерии собирают из метана.

То есть, с небольшой помощью и некоторыми дополнительными шагами, черви сами стали метанотрофами.

“Эти черви долгое время были связаны с утечками метана, но все просто предполагали, что они питаются фильтрами для бактерий. Вместо этого мы обнаруживаем, что они объединяются с микробом, чтобы использовать химическую энергию, чтобы питаться так, как мы этого еще не знали”, – говорит Виктория Орфан, Джеймс Ирвин, профессор экологии и геобиологии и соавтор статьи о червях, опубликованной в Science Advances 3 апреля.

Орфан и ее коллеги сделали открытие во время исследовательских круизов по изучению выбросов метана у побережья Южной Калифорнии и Коста-Рики.

“У нас был коллега, который был экспертом по этим червям, и заметил, что морфология была необычной. Дыхательные перья были намного более изящными, чем кто-либо когда-либо видел прежде, что было первой подсказкой. Этого было достаточно, чтобы заставить нас сказать “Это интересно. Мы должны провести расследование”, – говорит Шана Гоффреди, посетившая геобиологию в Калифорнийском технологическом институте и ведущий автор статьи “Научные достижения”. Гоффреди – адъюнкт-профессор биологии в Западном колледже в Лос-Анджелесе.

Чтобы исследовать природу взаимоотношений между червями и бактериями, ученым сначала пришлось использовать роботизированные подводные лодки для отбора проб из глубоководных метановых ям, которые в этом случае находятся на глубине 1800 метров ниже поверхности океана.

После того, как черви оказались на поверхности, ученые проанализировали их ткани, каталогизируя изотопы углерода, которые они потребляли. Углерод существует в двух стабильных изотопных формах, так сказать, разных “ароматизаторах” углерода. Около 99 процентов всего углерода – это углерод-12, который содержит шесть нейтронов и шесть протонов в каждом атомном ядре, и около 1 процента составляет углерод-13 (шесть протонов и семь нейтронов). Углерод-14, радиоактивный изотоп, существует в небольших количествах.

Все организмы нуждаются в углероде – в той или иной форме – чтобы выжить, и они поглощают его в результате метаболических процессов. Изучение соотношения между углеродом-13 и углеродом-12 в тканях организма может дать представление о том, откуда этот углерод произошел и в каких условиях он образовался. В случае глубоководных червей их ткани имели необычно низкое отношение углерода-13 к углероду-12, что означает, что углерод в теле червя, вероятно, происходил из метана. Орфан и ее сотрудники утверждают, что поскольку черви не способны напрямую обрабатывать метан, они должны получать углерод из метанотрофных бактерий.

“Тот факт, что мы нашли этот специфический изотоп углерода во всех телах червей, а не только в их дыхательных перьях, указывает на то, что они потребляют углерод из метана от этих бактерий”, – говорит Орфан. Исследовательская группа проверила эту гипотезу, используя молекулярные методы и микроскопию, а также эксперименты для проверки способности этих червей включать модифицированную, отслеживаемую версию метана.

Результаты их исследований меняют наше представление об экосистемах просачивания метана и влияют на управление в глубоководных районах, поскольку просачивания метана и гидротермальные выбросы, несомненно, будут испытывать растущее давление из-за эксплуатации человеком энергии и минералов.