Группа исследователей под руководством колледжа Occidental обнаружила ранее неизвестный симбиоз: глубоководные морские пауки выращивают и питаются бактериями, которые окисляют метан.
Основные выводы исследования
Три неописанных вида морских пауков из рода Sericosura были обнаружены с плотными слоями микробов, потребляющих метан и метанол, на своих экзоскелетах. Эти микробы не только процветают там, но и служат основным первичным источником питания для пауков.
Места исследования
Места выхода метана — это участки морского дна, где метан выделяется из земной коры, образуя процветающие микробные экосистемы в условиях отсутствия солнечного света. Предыдущие исследования показали, что мидии, черви и губки в этих местах полагаются на хемосинтезирующие бактерии для питания.
Морские пауки были замечены в этих хемосинтетических оазисах в таинственном изобилии. Традиционные способы питания, такие как хищничество или фильтрационное питание, не могли объяснить их численность. Исследования содержимого желудка не выявили добычи, что побудило предположить, что в работе может быть задействована альтернативная стратегия.
Эксперименты
В исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, учёные разработали серию экспериментов, чтобы проверить, зависят ли морские пауки Sericosura от углерода, полученного из метана.
Образцы были собраны во время экспедиций к местам выхода метана вдоль тихоокеанского побережья Северной Америки, от Калифорнии (Del Mar и Palos Verdes) до Аляски (Sanak). Всего было извлечено 36 особей, представляющих три новых вида.
Методы исследования
- Метагеномное секвенирование, профилирование 16S рРНК и флуоресцентная гибридизация in situ составили карту микробиома экзоскелета.
- Наномасштабная вторичная ионная масс-спектрометрия отслеживала включение 13C с разрешением на уровне отдельных клеток.
Полевые группы собирали образцы с помощью дистанционно управляемых подводных аппаратов и погружений с батискафом Alvin. Живых морских пауков инкубировали на борту исследовательских судов в морской воде, обогащённой меченым метаном и метанолом.
Исследователи добавили метан (а в другом тесте — метанол), атомы углерода в которых были «тяжёлым» стабильным изотопом 13C вместо обычного 12C. Поскольку более тяжёлая форма редка в природе, любой 13C, позже обнаруженный внутри животных или бактерий, мог поступить только из искусственной дозы, что сделало его легко заметным «маркером» для отслеживания того, куда попал углерод, полученный из метана.
Результаты
Доминирующие микробные таксоны, покрывающие пауков, принадлежали к трём семействам бактерий: метанотрофным Methylomonadaceae, метилотрофным Methylophagaceae и Methylophilaceae. Эти микробы образовывали структурированные колонии на экзоскелете и были обнаружены на яйцевых мешках, переносимых самцами, что предполагает возможный путь вертикальной передачи.
Через пять дней ткани пауков показали значительное обогащение 13C, вплоть до 1,4 раз превышающее естественное содержание, что демонстрирует активную ассимиляцию углерода из этих соединений.
Электронно-микроскопические изображения показали, что на кутикуле паука встроены вулканоподобные скопления метанопоглощающих бактерий, погружённых в липкое внеклеточное полимерное вещество (EPS).
После того как исследователи добавили в морскую воду метан с тяжёлым изотопом (13C), слой EPS и обитающие в нём микробы «засветились» 13C, тот же маркер вскоре появился в эпителии кишечника, в то время как хитиновая оболочка оставалась на фоновом уровне.
Выводы
Вольcano-подобные микробные агрегаты часто демонстрировали признаки разрушения, что согласуется с поведением пасущихся животных. Исследователи пришли к выводу, что морские пауки Sericosura выращивают эти бактерии на своём теле и пасутся на них с помощью специализированных ротовых частей.
Подобно глубоководным крабам-йети, которые питаются серными бактериями, культивируемыми на их клешнях, эти морские пауки, по-видимому, собирают свою эпибиотическую микробиоту напрямую.
Морские пауки теперь пополнили список мелких беспозвоночных, которые используют микробный метаболизм в бедных энергией экосистемах. «Фермерство» в этом контексте означает выращивание преобразователей метана на хитиновых пластинах и сбор урожая в симбиотической хореографии пасущихся и растущих особей, привязанных к молекулам, невидимым для глаза, но необходимым для жизни там, где солнечный свет никогда не достигает.