Біологія
Біологія

Мікробіом допоміг арктичним губкам живитися рештками вимерлих тварин

Біологи описали угруповання глибоководних арктичних губок, які протягом сотень років виживають у бідному на доступні їм поживні речовини середовищі. Вчені припускають, тварини вижили завдяки симбіотичним бактеріям, які здатні споживати та розчиняти органічну речовину з рештків вимерлих тисячі років тому тварин, що збереглися в субстраті, на якому оселилися губки. Про це йдеться у статті журналу Nature Communications.

Угруповання губок. Alfred Wegener Institute / PS101 AWI OFOS system

Угруповання губок. Alfred Wegener Institute / PS101 AWI OFOS system

Як живуть губки на глибокому дні?

Губки є відносно простими водними тваринами, які ведуть прикріплений спосіб життя, не мають нервів та органів. Та попри це, вони мають надважливе значення для функціонування підводних екосистем. Формуючи на значній глибині великі скупчення, так звані сади губок, вони забезпечують інших організмів місцем для поселення, захистом від хижаків та засідкою при полюванні, підтримуючи місцеве біорізноманіття. Окрім цього, оскільки більшість губок є фільтраторами та живляться розчиненою у воді органікою, то сприяють її накопиченню та циркуляції трофічними мережами. Таке харчування зумовлює те, що більшість губок живуть поблизу морських течій, які можуть доставляти до них потрібну поживу. Однак угруповання губок помічали й у глибоких, темних і холодних водах Арктики та Антарктиди, іноді під льодовиками, де обмаль поживних речовин. Яким чином виживають там ці тварини, достеменно невідомо, але група науковців із Інституту морської біології Макса Планка спільно з колегами із Норвегії, Німеччини та Нідерландів доповнила наше розуміння у своїй новій роботі.

Що вивчали науковці в Арктиці?

Вчені досліджували підводний гірський хребет Лангсета, що розташований у центральній частині Північного Льодовитого океану. Протягом року вода в цьому місці покрита кригою, тому в ній живе мало здатних до фотосинтезу водоростей, а крім того, слабкі течії приносять мало органічної речовини. Але всупереч цьому, на вершинах гір, на глибині 721-585 метрів, було знайдено угруповання із численних масивних губок (до 110 сантиметрів у діаметрі), які покривали площу в більш ніж 15 квадратних кілометрів. Переважно сади губок складалися із видів Geodia parva, G. hentscheli та Stelletta rhaphidiophora. Вони розміщувалися на товстих матах із власних спікул (елементів скелету) та пустих трубок багатощетинкових червів погонофор (Siboglinidae), що живуть поблизу активних гідротермальних джерел та сипів, яких, однак, уже давно немає на досліджуваному гірському хребті. Що ще цікаво, частина губок була на стадії брунькування, тож, очевидно, тварини могли активно розмножуватися.

Неочікувано висока щільність популяції та активне розмноження означає, що губки мали достатню кількість поживи для цього. Тож вчені вирішили дослідити, звідки тварини беруть необхідну енергію. Для цього вони відібрали за допомогою віддалено керованого підводного апарату зразки самих губок, а також мату зі спікул та трубок, донних відкладів та інших тварин, що їх помічали поруч. Науковці дослідили вміст у зразках ізотопів вуглецю та азоту, а також склад жирних кислот у тканинах організмів, щоб виявити, що є потенційним джерелом їжі численних губок. Додатково було проаналізовано РНК та ДНК в тканинах найпоширеніших губок, що дало змогу визначити їхніх симбіотичних мікроорганізмів.

a) Місце дослідження. b) Сад губок Geodia. c) Особина Geodia. d) Губка, колонізована багатощетинковими червами (жовті стрілки) та коралами (біла стрілка). e) Мат зі спікул. f) Мат зі спікул із пустими трубками багатощетинкових червів. g) Складна матриця порожніх трубок. Antje Boetius / Nature Communications, 2022

a) Місце дослідження. b) Сад губок Geodia. c) Особина Geodia. d) Губка, колонізована багатощетинковими червами (жовті стрілки) та коралами (біла стрілка). e) Мат зі спікул. f) Мат зі спікул із пустими трубками багатощетинкових червів. g) Складна матриця порожніх трубок. Antje Boetius / Nature Communications, 2022

Чим же живляться губки в темноті холодних глибин?

Радіовуглецеве датування показало, що угруповання губок є відносно молодим: середній вік дорослих тварин складав близько 300 років. Тоді як зразки решток багатощетинкових червів та інших організмів із дна мають вік понад 2 000 років, і ймовірно, ці істоти населяли місцевість ще коли вона рясніла сипами та гідротермальними джерелами, які сприяють хемосинтезу та підтриманню життя на глибині.

Зважаючи на значну біомасу губок (у середньому 456 грамів органічного вуглецю на квадратний метр), яка у 12 разів перевищує показник на коралових рифах у холодних водах, та слабкі течії, тварини не можуть виживати лише завдяки отриманню поживних речовин із навколишніх вод. Можливе пояснення знайшлося в результатах вивчення симбіотичних мікробів губок. Мікробіом найпоширеніших губок досліджуваного угруповання, G. parva, складається переважно із бактерій Chloroflexi, із яких до 80 відсотків припадає на клас SAR202. Дослідження експресії генів показало, що ці мікроби можуть бути залученими до колообігу сірки, а попередні дослідження вказували, що вони здатні розчиняти завдяки позаклітинним ферментам такі складні органічні молекули, як хітин. Оскільки і хітин, і сірка містяться в трубках погонофор, на яких живуть губки, науковці припускають, що симбіотичні бактерії допомагають своїм хазяїнам живитися рештками тварин вимерлої екосистеми, що вирувала поблизу гідротермальних джерел. Це також пояснило б, чому найбільші, найстаріші губки зосереджувалися в місцях скупчення трубок червів.

Ці губки не вперше дивують дослідників. Вважається, що це тварини, які в дорослому стані ведуть прикріплений спосіб життя, але ці арктичні губки виявилися здатними до пересування, на що вказали залишені ними сліди зі спікул.