Ученые часто задавались вопросом о видах, уникальных для Антарктиды. Но основное внимание уделялось животным, например милым пернатым пингвинам. Однако исследователи из CIRES хотели копнуть глубже — изучить почву, полагая, что крошечные микроскопические организмы тоже могут быть уникальными для этого континента.
Команда ученых обнаружила доказательства того, что определенные виды микробов в почвах Антарктиды являются эндемиками — они встречаются только на этом континенте и больше нигде на Земле. Новые результаты были опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.
«В микробиологии давно существует предположение, что “все есть везде”, — говорит Драгоне, автор работы. — Антарктиду часто рассматривали как возможное исключение, и наши результаты подтверждают эту идею. Некоторые почвенные микробы Антарктиды отличаются от тех, что встречаются в почвах других регионов мира».
В отличие от животных или растений, микробы могут распространяться на большие расстояния, перемещаясь по планете так, как не могут другие виды. Они могут подхватить восходящий поток воздуха и подняться в атмосферу или уплыть с океанским течением в море. Авторы исследования полагали, что поиск эндемичных микробов в изолированной Антарктиде, самой экстремальной среде на Земле, может опровергнуть эту теорию.
«Если мы действительно ищем эндемичные микроорганизмы, то лучше всего начать с Антарктиды, потому что это целый континент, который географически изолирован, — говорит Фирер, соавтор исследования. — Кроме того, там есть уникальные условия, которые редко встречаются в других почвенных средах. Холод — это очевидно, но еще и сверхвысокая сухость: Антарктида — это пустыня».
Чтобы проверить эту гипотезу, команда сосредоточилась на штаммах бактерий из группы Arthrobacter, поскольку они широко распространены в почвах от Антарктиды до Колорадо и тропических регионов. Эти штаммы также легко выращивать в лаборатории, что стало важным шагом в исследовании.
«Arthrobacter как группа может встречаться по всей планете, но если присмотреться к отдельным штаммам, то, как и в случае с пингвинами, становится ясно, что Антарктида имеет особую биологическую историю», — сказал Байрон Адамс, профессор биологии в Университете Бригама Янга и соавтор статьи.
В новом исследовании ученые проанализировали образцы почвы из Антарктиды и других подобных холодных и засушливых регионов, таких как Тибетское нагорье, Шпицберген в Арктике и чилийская пустыня Атакама. В общей сложности было протестировано более 100 антарктических штаммов и 500 штаммов из других регионов мира.
Сначала ученые секвенировали геномы штаммов Arthrobacter, обнаруженных в образцах антарктической почвы. Затем они сравнили геномные характеристики бактерий, найденных в антарктических образцах, с характеристиками бактерий, обнаруженных в образцах почвы со всего мира, взятых из общедоступных баз данных. Это позволило доказать, что бактерии, обнаруженные в антарктических образцах почвы, отличаются от других: 90% штаммов Антарктиды не встречаются больше нигде на Земле.
Затем команда использовала образцы почвы для выращивания штаммов Arthrobacter в чашках Петри в лаборатории. Для того, чтобы посмотреть, как разные штаммы адаптируются к таким факторам, как температура и сухость, были воссозданы суровые условия Антарктиды. В основном антарктические штаммы росли медленнее, но при этом были очень устойчивыми. Это показало, что штаммы Arthrobacter не только являются эндемиками, но и уникальным образом адаптированы к условиям Антарктиды.
«Мы привыкли думать о биоразнообразии в контексте пингвинов, тюленей и китов, но это исследование показывает, что некоторые из самых уникальных видов Антарктиды — микроскопические, — сказал Адамс. — Защита биоразнообразия Антарктики также означает защиту биологической истории, заключенной в горсти почвы».
