Среди удивительных растений-хищников, косаток, охотящихся на белых акул, и других представителей флоры и фауны, которые обитают в Южной Африке, есть уникальная группа «живых камней». Эти образования называются микробныелиты и похожи на коралловые рифы. Они состоят из микробов.
Эти крошечные живые организмы поглощают растворённые минералы и превращают их в более твёрдые, похожие на камень формы. Микробныелиты — одни из древнейших свидетельств жизни на Земле. Их можно найти в виде многослойных, самоподдерживающихся сообществ, называемых микробными матами.
Недавно опубликованные в журнале Nature Communications исследования показывают, что эти живые камни не просто выживают на побережье Южной Африки. Они процветают. В новом исследовании подсчитано, как микробныелиты поглощают углерод и превращают его в новые слои карбоната кальция.
Эти структуры используют фотосинтез (точно так же, как растения используют солнце для производства пищи) и другие химические процессы для поглощения углерода днём и ночью с одинаковой скоростью, как и другие микробы, живущие в их микробном сообществе.
По словам авторов исследования, скорость поглощения углерода микробными матами показывает их впечатляющую эффективность. Они извлекают растворённый углерод из окружающей среды и превращают его в стабильные минеральные отложения.
Доктор Рэйчел Силпер, соавтор исследования и морской биогеохимик из лаборатории Bigelow для океанских наук в штате Мэн, заявила: «Вместо того чтобы найти древние, медленно растущие окаменелости, мы обнаружили, что эти структуры состоят из устойчивых микробных сообществ, способных быстро расти в сложных условиях».
Учёные давно пытались понять, как такие микробные сообщества взаимодействуют с окружающей средой. Частично сложность заключается в том, что данные об этих взаимодействиях получены из окаменелых остатков микробныхлитов, некоторым из которых миллиарды лет. К счастью, живые микробныелиты до сих пор широко распространены в солёной морской среде по всему миру.
Силпер и её команда также изучили основные геохимические процессы. В течение нескольких лет они провели несколько полевых экспедиций, изучая четыре системы микробныхлитов на юго-востоке Южной Африки. Здесь богатая кальцием жёсткая вода просачивается из прибрежных песчаных дюн.
«Системы здесь растут в одних из самых суровых и изменчивых условиях, — сказала Силпер. — Они могут высыхать за один день и расти на следующий. У них невероятная устойчивость, которую хотелось понять».
Они обнаружили, что эти системы быстро откладывают карбонат кальция, оценивая, что структуры могут расти примерно на два дюйма вертикально каждый год. Удивительно, но они также обнаружили, что количество поглощённого углерода днём и ночью было примерно одинаковым.
Поскольку ранее считалось, что эти системы управляются только за счёт фотосинтеза, команда была удивлена, обнаружив, что ночные темпы поглощения столь же высоки, как и дневные. После многократного повторения экспериментов команда подтвердила, что микробы используют метаболические процессы, отличные от фотосинтеза, для поглощения всего этого углерода в отсутствие солнечного света. Это похоже на то, как микробы, живущие в глубоководных жерлах, способны выживать в почти полной темноте.
Основываясь на суточных темпах поглощения углерода, команда подсчитала, что эти микробныелиты могут поглощать эквивалент примерно от 20 до 25 фунтов (от 9 до 16 килограммов) углекислого газа каждый год на квадратный метр. Это как если бы площадь размером с теннисный корт поглощала столько же углекислого газа, сколько три акра леса каждый год.
Такая скорость поглощения углерода делает эти микробные системы одним из наиболее эффективных биологических механизмов, наблюдаемых в природе, для долгосрочного хранения углерода.
«Мы так привыкли искать ожидаемое. Если мы не будем осторожны, мы приучим себя не замечать уникальные характеристики, которые ведут к истинному открытию, — сказала Силпер. — Но мы продолжали выходить и копаться в данных, чтобы подтвердить, что находка была не артефактом данных, а невероятным открытием».
Кроме того, прибрежные болота похожи на эти микробныелиты, поскольку они могут поглощать углерод с аналогичной скоростью. Однако болотные микробы вкладывают всю эту энергию в органическое вещество, которое можно легко разрушить по сравнению с более стабильными минеральными структурами в микробныхлитах.
Учитывая эти различия, команда изучает, как факторы окружающей среды и вариации в микробах могут влиять на судьбу углерода в различных микробных системах.
«Если бы мы просто смотрели на метаболизм, у нас была бы одна часть истории. Если бы мы просто смотрели на темпы поглощения углерода, у нас была бы другая история. Именно благодаря сочетанию различных подходов и сильному научному любопытству мы смогли построить эту полную историю, — сказала Силпер. — Никогда не знаешь, что ты найдёшь, когда помещаешь людей из разных слоёв с разными перспективами в новую, интересную среду».