Глубоко под землей, в порах и трещинах горных пород, процветают невидимые глазу сообщества микроорганизмов, играющие важнейшую роль в поддержании качества грунтовых вод и глобальном круговороте веществ. До сих пор представления ученых о жизни в недрах основывались на анализе проб воды, где клетки находятся в свободном плавании. Но новая работа, опубликованная в журнале Microbiome, показала, что такая картина крайне неполна.
Как микробы в глубине земли очищают воду и накапливают углерод
Исследователи из Йенского университета имени Фридриха Шиллера проанализировала микробные сообщества в карбонатных породах водоносного горизонта Хайних. Ученые показали, что микробы не только очищают воду, но накапливают углерод и замедляют потепление.
Вход в таинственный подземный мир. https://www.water-right.com/
«Каменный» метаболизм. Чем питаются организмы там, где нет солнечного света? Большинство известных нам организмов зависят от фотосинтеза, но «скальные» микробы используют хемолитоавтотрофию. Они буквально «едят» камни и минералы, окисляя железо или серу. Это превращает водоносный слой в гигантский биохимический реактор, который не просто хранит воду, но активно меняет ее химический состав, удаляя излишки веществ и делая её пригодной для питья.
Оказалось, что подавляющее большинство микробов обитает под землей в виде биопленок, прочно прикрепленных к поверхностям камней. Их численность может в тысячу раз превышать количество «плавающих» собратьев. Жизнь в недрах подчиняется двум совершенно разным стратегиям, которые определяют экологический облик всей системы. Несмотря на тесный пространственный контакт, микроорганизмы в воде и на скалах формируют контрастные сообщества, отличающиеся не только видовым составом, но и своими функциональными возможностями.
«Мы обнаружили, что образ жизни микроорганизмов — прикрепленных к породе или свободноплавающих — оказывает более сильное влияние на структуру сообщества, чем факторы окружающей среды, такие как доступность или отсутствие кислорода», — поясняет соавтор работы Алиша Шарма.
Скрытые хранители углерода и чистоты
Образцы пещерных биопленок
Микробы, связанные с горной породой, являются настоящими мастерами выживания. Они способны извлекать энергию из неорганических веществ, таких как железо или сера, и при этом связывать углекислый газ. Они вносят активный вклад в накопление углерода в недрах планеты, превращая подземные горизонты в мощные природные поглотители парниковых газов.
В отличие от них, свободноживущие в воде микроорганизмы функционально более ограничены и не обладают столь широким спектром метаболических путей. Если игнорировать сообщество, живущее на камнях, можно упустить из виду важнейшего участника химических процессов в подземных водах.
Эти выводы имеют самое прямое практическое значение, поскольку грунтовые воды являются важнейшим ресурсом питьевой воды на планете. Понимание работы микробных «фильтров» помогает более реалистично оценивать способность подземных систем к самоочищению и учитывать их роль в климатических моделях будущего.