На Кунашире микробиологи впервые в России ищут "железное дыхание" (ФОТО)

Ученые предполагают, что бактерии, живущие в мелководных термальных Южно-Алехинских и Нескученских источниках Кунашира, получают энергию в процессе «железного дыхания», то есть микробные сообщества используют железо так же, как мы кислород. Это необычное явление, так как большинство бактерий, обитающих на выходах термальных вод, для получения энергии использует серу и ее соединения. 

Исследования Южно-Алехинских и Нескученских мелководных термальных источников Кунашира проходили с 23 июля по 9 августа, подобные работы проводились впервые. В состав исследовательской группы входили научные сотрудники Института микробиологии РАН (г. Москва) и университета Хоэнхайм (Штутгарт, Германия). О примерном расположении подводных источников ученые узнали от местных жителей и рыбаков. Для того, чтобы уточнить месторасположение гидротерм, ученым пришлось провести обследование дна на большой площади на глубинах до 12 метров. Основной задачей микробиологов был сбор проб термофильных бактерий, населяющих эти источники. 

По словам доктора биологических наук Татьяны Соколовой, часто происходит так, что изучение новых горячих источников приводит ученых к открытию каких-либо ранее не известных процессов. Так, например, на источниках экологической тропы «Столбовская» на Кунашире в 1989 году в ходе экспедиции под руководством доктора биологических наук Георгия Заварзина была открыта новая обширная группа термофильных бактерий. «Всякий раз, когда мы изучаем какую-то группу источников впервые, обнаруживается нечто новое и неожиданное», - добавила Татьяна.

Подготовка к экспедиции на Кунашир началась еще в Москве под руководством инструктора по дайвингу Андрея Крапивного. Ученые отработали навыки, необходимые для погружений: тренировались делать отбор проб микроорганизмов под водой, учились работать в команде. Так как отбор проб в прибрежных термальных источниках проводился впервые, ученые сами изготовили приборы для этого. Например, чтобы не применять дорогостоящую технику при измерении температуры под водой, кандидат биологических наук Сергей Гаврилов предложил запечатать термометр в стеклянную бутылку, а его щуп вывести наружу через пробку, запечатанную силиконом.

Участники экспедиции отметили, что подготовка проводилась «вслепую», они даже не представляли, как будут выполняться работы в реальных условиях. Во время экспедиции при поиске подводных термальных источников ученые сталкивались с трудностями в виде серьезных течений и ограниченной видимости. При отборе проб возникали неожиданности: например, пузырьки газа выходили из-под песка и тут же «сдувались» вследствие перепада давления, поэтому собирать газ было затруднительно. Каждый исследуемый подводный источник имеет свои особенности, поэтому для отбора проб не подходил какой-то один способ, постоянно приходилось искать новые решения, приспосабливаться.

Исследователи отметили, что источники Южной-Алехинской и Нескученской групп отличаются друг от друга. «На Нескученских источниках, в отличие от Алехинских, мы видели рыжие полосы на песке, скорее всего это железо. Также мы видели рыжие бактериальные маты (пленки, состоящие из множества микроорганизмов) и, весьма вероятно, что их цвет связан с круговоротом железа», - рассказали участники экспедиции. 

На Южно-Алехинских источниках ученые установили факт гибели крабов и морских звезд в термах. Микробиологи предполагают, что останки погибших беспозвоночных являются благоприятной средой для развития термофильных микроорганизмов, поэтому они были взяты для проведения дальнейших исследований в лаборатории. 

По словам ученых, транспортировка бактерий с Кунашира в Москву не должна представлять трудностей, поскольку вне горячих источников процессы их жизнедеятельности замедляются. Как правило, эти бактерии не размножаются при +30°С, поэтому их можно хранить даже при комнатной температуре. 

Дальнейшие лабораторные исследования будут включать в себя выделение и анализ ДНК микроорганизмов. При этом можно узнать, какие гены имеют микробы сообщества и какие процессы могут осуществляться в источниках, где жили исследуемые микроорганизмы. Параллельно будет проходить изучение отдельных бактерий путем классической микробиологии: выращивание чистых культур для исследования обмена веществ и продуктов их жизнедеятельности. 

Ферменты, которые производят термофильные бактерии, представляют интерес для биотехнологии. Их применяют в самых разнообразных областях деятельности человека: в переработке токсичных отходов промышленности, при производстве пищевых продуктов, кормов, моющих средств, целлюлозно-бумажной и текстильной промышленности. Примером может послужить целлюлаза, которой обрабатывают джинсовую ткань, чтобы она приобрела приятную структуру и цвет. Вся медицинская молекулярная диагностика стала возможной благодаря ферменту, выделяемому термофильной бактерией Thermus aquaticus. Также ферменты, выделяемые термофилами, позволяют быстро проводить химические реакции при высоких температурах, при этом исключается заражение среды другими микроорганизмами.  

Термофильные микроорганизмы или термофилы, что в переводе с древнегреческого означает «любящие тепло», развиваются при температурах +50-70°С. Исследования эволюции бактерий позволяют предположить, что исходно жизнь развивалась именно при высоких температурах, поэтому сообщества термофильных бактерий являются аналогами древних экосистем. Современные термофильные микробные сообщества существуют при отсутствии кислорода за счет неорганических источников энергии вулканического происхождения.

Автор текста: Мария Кнушевицкая