Группа исследователей из Сколтеха, Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН и других научных организаций России и США провела исследование микробных сообществ, живущих в экстремальных условиях на фумарольных полях вулканов Эльбрус (Россия), Ушковский (Россия) и Фудзияма (Япония).
Авторы обнаружили наиболее эффективную методику выделения ДНК из микробных образцов и продемонстрировали, что микробные сообщества каждого вулканического региона уникальны и зависят от геохимических условий окружающей среды.
Результаты опубликованы в журнале Scientific Reports.
Вулканы — одно из самых загадочных и увлекательных мест на Земле
Фумарольные поля — это трещины или отверстия в земной коре на склонах и у подножия вулканов, через которые выходят горячие газы и пар. Они образуются в зонах вулканической активности, где магма нагревает подземные воды, превращая их в пар.
Несмотря на суровые условия, жизнь здесь существует — археи и бактерии процветают на фумаролах, обладая интересными механизмами адаптации, которые ещё предстоит изучить.
«Образцы, собранные из фумарол, представляют собой сложный материал для извлечения ДНК. Тем не менее термофильные бактерии, способные выживать при экстремальных температурах, обладают интригующими адаптивными стратегиями», — объяснила ведущий автор Алла Шевченко, кандидат наук по программе Life Sciences в Сколтехе.
«Наше исследование впервые дало описание микробных сообществ, обитающих на фумаролах Эльбруса, Ушковского и горы Фудзияма. Образцы, взятые из-под снежного покрова на Эльбрусе, показали температуру поверхности почвы около +22,5 °C. Летние сборы с вулкана Ушковский дали образцы из фумарольной зоны с температурой поверхности до +68,4 °C. Образцы из Фудзиямы состояли из замёрзших осадочных отложений. После сбора все образцы были сохранены при температуре −20 °C», — говорится в исследовании.
Исследователи использовали различные методы измельчения почвенных образцов перед извлечением ДНК — вертикальную и горизонтальную гомогенизацию (смешивание). Вертикальная гомогенизация оказалась более эффективной как по выходу ДНК, так и по обнаружению археальных последовательностей по сравнению с горизонтальной гомогенизацией.
«Большинство ДНК было извлечено с помощью вертикальной гомогенизации. Вариации микробных популяций коррелируют с особенностями каждого вулкана. Acidobacteria и Pseudomonas доминируют в почвах Эльбруса. На фумаролах Ушковского обитает множество представителей группы Crenarchaeota. В замёрзшей почве Фудзиямы микроорганизмов меньше, но присутствуют Actinomyces и другие виды бактерий», — заявил профессор Михаил Гельфанд, соавтор исследования и научный руководитель, вице-президент по биомедицинским исследованиям в Сколтехе.
Эти результаты подчёркивают важность выбора оптимальной методологии подготовки образцов, особенно в экстремальных условиях. Микроорганизмы, обитающие в фумаролах, служат чувствительными индикаторами изменений окружающей среды. Их адаптивность отражает реакцию экосистем на такие факторы, как температура, уровень влажности, значения pH и концентрация тяжёлых металлов.
Изменения в структуре и составе колоний бактерий и грибов могут быть признаком глобального потепления, сдвигов термического режима и антропогенного воздействия.
Предоставлено Сколковским институтом науки и технологий.