Бактерии-эгоисты: как микробы меняют правила игры в пресных водах

В мире микроорганизмов, играющих ключевую роль в разложении органики, обнаружилось поразительное разделение. Большинство бактерий действует «щедро», расщепляя крупные молекулы питательных веществ снаружи, делая их доступными для всего сообщества. Однако существуют и их «эгоистичные» собратья, которые целиком поглощают молекулы и переваривают их внутри, ни с кем не делясь.

Исследование, опубликованное в журнале Cell Reports, впервые задокументировало такое «эгоистичное» поведение в пресноводных экосистемах. На примере хорватских озер Козьяк и Црнишево ученые выяснили, что накопление питательных веществ позволяет «эгоистичным» видам доминировать над остальными. Это способно коренным образом изменять пищевые цепи озера, и есть все основания полагать, что изменение климата, особенно в холодных водоемах, только усугубит эти процессы.

Ведущий автор исследования Андреа Чачкович из Института Руджера Бошковича поясняет, что бактерии играют решающую роль в круговороте питательных веществ в озерах, и их способность «эгоистично» потреблять сложные сахара напрямую влияет на доступность углерода и других элементов в экосистеме.

Чтобы изучить роль этих микроорганизмов, команда сравнила два непохожих хорватских озера: холодное и бедное питательными веществами озеро Козьяк, замерзающее зимой, и более теплое и богатое органикой озеро Црнишево. Собрав образцы воды в разные сезоны, исследователи в лаборатории отследили с помощью флуоресцентных меток, какие именно бактерии предпочитают «эгоистичный» способ питания. Генетическое секвенирование помогло определить видовой состав сообществ в разные периоды.

Выяснилось, что «эгоисты» присутствуют в обоих озерах, но их активность меняется в зависимости от сезона. В целом, в более насыщенном питательными веществами озере Црнишево наблюдалось больше бактерий и более высокие показатели «эгоистичного» поглощения. Микробиолог Грета Рейнтьес из Бременского университета делится удивлением: этот механизм, о существовании которого до 2017 года даже не подозревали, оказывается, активно используется и в пресноводных системах.

Самым неожиданным для команды стало то, что в богатом озере Црнишево пик «эгоистичной» активности пришелся на лето, во время бурного цветения фитопланктона, когда питательных веществ было в избытке. Это противоречит наблюдениям в бедных морских экосистемах, где бактерии начинают копить ресурсы в периоды дефицита. Рейнтьес признает, что этому парадоксу пока нет экологического объяснения и требуются дальнейшие исследования, чтобы понять, какие именно организмы ведут себя так необычно и почему.

Кроме того, ученые обнаружили, что бактерии избирательны в своих предпочтениях. Чачкович отмечает, что одним из главных открытий стало то, что микробы не расщепляют все сложные сахара одинаково. Чаще всего «эгоистично» поглощался пуллулан — полисахарид, производимый грибами. Эта избирательность может быть одним из ключевых факторов, формирующих состав микробного сообщества и, как следствие, всю пищевую цепь озера.

Эта сложная динамика может быть нарушена из-за глобального потепления. Микробиолог Санди Орлич подчеркивает, что в холодных озерах, таких как Козьяк, зимнее замерзание действует как «перезагрузка» для всей системы. Поскольку из-за изменения климата ледостав становится все реже, привычный круговорот углерода и питательных веществ может быть нарушен. Понимание этих процессов поможет составить глобальную картину и предсказать последствия для планеты.

В будущем исследователи планируют изучить генетические и ферментативные механизмы, лежащие в основе «эгоизма» бактерий, а также найти подобных микробов в других экосистемах. Грета Рейнтьес с нетерпением ожидает возможности проверить другие системы, чтобы наконец понять, насколько важны «эгоистичные» организмы для круговорота углерода в глобальном масштабе.