Южная Африка является домом для одних из самых древних свидетельств жизни на Земле, которые содержатся в скалистых, часто слоистых обнажениях, называемых микробными матами. Подобно коралловым рифам, эти сложные «живые камни» состоят из микробов, поглощающих и осаждающих растворённые минералы в твёрдые образования.
Новое исследование, проведённое совместно учёными из Лаборатории океанических наук Биглоу и Университета Родоса, показывает, что эти микробные маты не просто выживают — они процветают.
В статье, опубликованной в журнале Nature Communications, количественно оценивается, как микробные маты вдоль южноафриканского побережья поглощают углерод и превращают его в новые слои карбоната кальция. Исследователи показывают, как эти структуры используют фотосинтез и химические процессы для поглощения углерода днём и ночью, впервые соотнося эти темпы с генетическим составом микробного сообщества.
Результаты подчёркивают, насколько эффективно эти микробные маты удаляют растворённый углерод из окружающей среды и преобразуют его в стабильные минеральные отложения.
«Эти древние образования, о которых в учебниках говорится, что они почти вымерли, живы, а в некоторых случаях процветают в местах, где выживание организмов было бы немыслимо», — сказала старший научный сотрудник Рэйчел Сиплер, ведущий автор исследования.
«Вместо того чтобы находить древние, медленно растущие окаменелости, мы обнаружили, что эти структуры состоят из устойчивых микробных сообществ, способных быстро расти в сложных условиях», — добавила она.
Учёные пытались понять, как эти микробные сообщества взаимодействуют с окружающей средой, основываясь на данных из окаменелых остатков микробных матов, некоторым из которых миллиарды лет. К счастью, живые микробные маты всё ещё широко распространены.
Вдохновлённые способностью этих матов производить соединения, полезные для человека, Сиплер и её коллеги стремились понять основные геохимические процессы, происходящие в этой новой среде. В ходе нескольких полевых экспедиций в течение нескольких лет команда исследовала четыре микробные системы в юго-восточной части Южной Африки, где богатая кальцием жёсткая вода просачивается из прибрежных песчаных дюн.
«Системы здесь растут в одних из самых суровых и изменчивых условиях, — сказала Сиплер. — Они могут высыхать за один день и расти на следующий. У них невероятная устойчивость, которую хотелось понять».
Команда обнаружила, что эти системы быстро осаждают карбонат кальция, оценивая, что структуры могут расти почти на два дюйма вертикально каждый год.
Более удивительным было открытие поглощения углерода днём и ночью. Долгое время считалось, что эти системы управляются исключительно фотосинтезом, поэтому Сиплер говорит, что они были удивлены, обнаружив, что ночные темпы поглощения столь же высоки, как и дневные.
После повторения экспериментов несколько раз исследователи подтвердили, что микробы используют метаболические процессы, отличные от фотосинтеза, для поглощения углерода в отсутствие света, подобно тому, как микробы, живущие в глубоководных жерлах, выживают.
Основываясь на суточных темпах поглощения углерода, команда подсчитала, что эти микробные маты могут поглощать эквивалент от девяти до шестнадцати килограммов углекислого газа каждый год на квадратный метр. Это как если бы площадь, равная теннисному корту, поглощала столько же CO₂ каждый год, сколько три акра леса, что делает эти системы одним из наиболее эффективных биологических механизмов для долгосрочного хранения углерода, наблюдаемых в природе.
«Мы так привыкли искать ожидаемое. Если мы не будем осторожны, мы приучим себя не замечать уникальные характеристики, которые приводят к настоящим открытиям», — сказала Сиплер. «Но мы продолжали выходить и копаться в данных, чтобы подтвердить, что находка была не артефактом данных, а невероятным открытием».
Прибрежные болота похожи на микробные маты тем, что представляют собой микробную экосистему, которая, как было обнаружено, поглощает углерод с аналогичной скоростью. Однако болотные микробы вкладывают всю эту энергию в органическое вещество, которое можно легко разрушить по сравнению со стабильными минеральными структурами.
Учитывая эти различия, команда продолжает исследовать, как факторы окружающей среды и вариации в составе микробов влияют на судьбу углерода в этих различных микробных системах, используя междисциплинарный опыт и международный взгляд исследовательской группы.
«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 разных подходов и сильному научному любопытству мы смогли построить эту полную историю», — сказала Сиплер.
«Никогда не знаешь, что ты найдёшь, когда помещаешь людей из разных слоёв общества с разными перспективами в новую, интересную среду».
Предоставлено Лабораторией океанических наук Биглоу.
Другие новости по теме
- Учёные предупреждают: сокращение федерального финансирования может подорвать восстановление популяции судака в Миннесоте
- Перемещение тюленей: выявлены ключевые данные для морского освоения и международной экологии
- Возвращение водоплавающих птиц в этом году происходит на фоне долгосрочного снижения, показывает аэрофотосъёмка
- Некоторые крупные водные агентства в сельскохозяйственных районах получают воду бесплатно: критики считают, что это необходимо прекратить.
- Исследователи изучают влияние различных приправ на восприятие вкуса супа с твенджаном
- В зоопарке Форт-Уэрта учёные борются со смертельным вирусом герпеса у слонов
- Новые варианты вируса H5N1 птичьего гриппа демонстрируют повышенную способность инфицировать молочный скот
- Переносной оптический сканер выявляет скрытые повреждения озоном на листьях растений
- Обнаружен древний генетический сигнал «старт» у бактерий, архей и эукариот
- Как питаются кораллы? Недооценка энергоснабжения за счёт непосредственно поглощаемой пищи
Другие новости на сайте
- Исследования показывают, что информированные трейдеры никогда не упустят возможности извлечь выгоду из климатического кризиса.
- Программа общественных занятий по плаванию для чернокожей молодёжи способствует развитию навыков и укреплению чувства принадлежности
- В Непале началась перепись тигров для отслеживания восстановления популяции
- Максимальная длина лемнискаты Эрдаша–Герцога–Пираниана при высокой степени
- Будущее климата в Австралии: новая модель выходит на глобальный уровень
- Компьютерное проектирование становится доступнее
- Учёные предупреждают: сокращение федерального финансирования может подорвать восстановление популяции судака в Миннесоте
- Женщины в индийских вооружённых силах страдают от системной дискриминации на всех этапах карьеры
- Перемещение тюленей: выявлены ключевые данные для морского освоения и международной экологии
- Призыв к увеличению финансирования для «невидимых» глухих жертв домашнего насилия