Науковці Мічиганського державного університету відкрили новий філум мікроорганізмів у глибоких шарах ґрунту, які відіграють ключову роль у природному очищенні підземних вод та підтримці стабільності екосистем.
Дослідження під керівництвом професора Джеймса Тідже зосередилось на вивченні критичної зони Землі – особливого середовища, що простягається від верхівок дерев до глибоких шарів ґрунту. Цей новий філум мікроорганізмів, названий CSP1-3, був виявлений у ґрунтових зразках зі штату Айова та Китаю на глибині до 21 метра. Професор Тідже описує критичну зону як життєво важливу частину “живої шкіри” нашої планети.
Критична зона Землі підтримує більшість форм життя, оскільки регулює фундаментальні процеси ґрунтоутворення, кругообігу води та обміну поживними речовинами. Попри свою важливість, глибокі шари цієї зони залишаються малодослідженими. Як зазначає професор Тідже: “Незважаючи на свою важливість, глибинна критична зона є новим кордоном, оскільки це велика частина Землі, яка є відносно недослідженою”.
Еволюційний шлях нового філуму
Досліджуючи генетичний матеріал, вилучений із глибоких ґрунтів, команда науковців зробила надзвичайно цікаве відкриття. Аналіз ДНК показав, що предки мікробів філуму CSP1-3 спочатку населяли водні середовища – гарячі джерела та прісні водойми – мільйони років тому. Протягом своєї еволюційної історії ці мікроорганізми здійснили щонайменше одну суттєву зміну середовища існування.
Спершу вони колонізували верхні шари ґрунту, а згодом адаптувалися до життя в глибоких ґрунтових горизонтах. Ця еволюційна адаптація дозволила їм не просто виживати, а домінувати в умовах, які більшість інших мікроорганізмів не можуть колонізувати. У деяких досліджуваних екосистемах представники CSP1-3 складали до 50% мікробної спільноти – показник, який, за словами Тідже, не спостерігається у поверхневих шарах ґрунту.
Всупереч поширеному уявленню про те, що мікроорганізми на такій глибині перебувають у стані спокою, дослідження виявило, що представники CSP1-3 є метаболічно активними. Професор Тідже підкреслює: “Один з наших ключових висновків, який ми зробили, досліджуючи їхню ДНК, полягає в тому, що ці мікроби активні і повільно ростуть”.
Екологічне значення та функції у ґрунтовій екосистемі
Особлива роль філуму CSP1-3 полягає в завершальному етапі природного очищення води. Коли дощова вода проходить крізь поверхневі шари ґрунту, вона переносить залишки органічного вуглецю та азоту в глибші горизонти. Саме тут CSP1-3 функціонують як “сміттярі”, розкладаючи ці сполуки та завершуючи процес очищення води.
Професор Тідже образно описує цю функцію: “CSP1-3 – це сміттярі, які прибирають те, що потрапило крізь поверхневий шар ґрунту”. Ця здатність робить їх надзвичайно важливими для підтримки якості підземних вод, які є джерелом питної води для мільйонів людей.
Ґрунт є найбільшим природним фільтром води на планеті. Під час проходження води крізь ґрунтові горизонти відбуваються складні фізичні, хімічні та біологічні процеси очищення. Хоча поверхневий шар ґрунту містить більшість коренів рослин, він становить лише невелику частину загального об’єму, через який просочується вода. Глибинні шари мають значно більший об’єм і забезпечують тривалішу взаємодію між водою та мікроорганізмами.
Перспективи подальших досліджень та практичного застосування
Наступним етапом дослідження буде спроба культивування представників CSP1-3 у лабораторних умовах. Це надзвичайно складне завдання, оскільки більшість мікроорганізмів важко вирощувати поза їхнім природним середовищем. Враховуючи, що предки цих мікробів жили в гарячих джерелах, лабораторія професора Тідже експериментує з вирощуванням їх при підвищених температурах.
Успішне культивування дозволить глибше вивчити унікальну фізіологію цих мікроорганізмів та їхні адаптації до життя в глибоких ґрунтах. Професор Тідже, який раніше відкрив мікроби, здатні дехлорувати забруднювачі, бачить значний потенціал у практичному застосуванні CSP1-3.
“Фізіологія CSP1-3, зумовлена їхньою біохімією, відрізняється, тому там можуть бути цікаві гени, які можуть бути корисними для інших цілей”, – зазначає він. Особливий інтерес становить потенційна здатність цих мікроорганізмів метаболізувати складні забруднювачі, що могло б стати основою для розробки нових біотехнологій очищення води та відновлення забруднених ґрунтів.