Учёные обнаружили глубоко под землёй экосистему с грибами, тихоходками и червями
Учёные обнаружили признаки существования сложной подземной экосистемы, включающей грибы, тихоходок, коловраток, круглых и кольчатых червей, в глубинах сланцевой формации Антрим в США. Открытие показывает, что даже на глубине в несколько сотен метров в древних горных породах могут существовать богатые сообщества сложных организмов.
Формация Антрим представляет собой богатые органическим веществом сланцы, образовавшиеся около 350 миллионов лет назад. Сегодня этот геологический пласт является одним из крупнейших месторождений природного газа в США.
Исследователи проанализировали воду, которую добывающие компании откачивают из газовых скважин глубиной от 247 до 556 метров. Из этой воды извлекли ДНК живых организмов, а также попытались вырастить присутствующие в образцах грибы в лабораторных условиях.
Работу возглавил эколог Куинн Мун из Мичиганского университета совместно с микологами и геологами. По словам исследователя, учёные фильтровали большие объёмы воды, выделяли из фильтров генетический материал, а затем помещали образцы на питательные среды, чтобы получить живые культуры грибов.
Ранее уже было известно, что в глубоких слоях земной коры обитают многочисленные бактерии и археи. Однако учёные решили выяснить, существуют ли там и более сложные организмы.
Результаты оказались неожиданными. Анализ ДНК позволил выявить 689 предполагаемых видов грибов, а в лаборатории удалось успешно вырастить 205 грибковых штаммов, что значительно облегчило их идентификацию. При этом 13 штаммов, по мнению исследователей, могут представлять собой совершенно новые для науки виды.
Одной из наиболее многочисленных групп оказались представители класса Agaricomycetes — именно к нему относится большинство привычных человеку шляпочных грибов. Пока неизвестно, способны ли эти глубоководные представители образовывать плодовые тела в условиях полной темноты и высокого давления.
Другой широко представленной группой стали грибы класса Dothideomycetes. По мнению исследователей, именно особенности обмена веществ этих двух групп объясняют их успешное существование в столь необычной среде.
На поверхности Земли такие грибы способны получать энергию, разрушая лигнин и целлюлозу — чрезвычайно устойчивые органические соединения, плохо поддающиеся разложению большинством других организмов. Учёные предполагают, что глубоко под землёй они используют схожий набор ферментов для расщепления органических веществ, содержащихся в сланцах или химически напоминающих лигнин и целлюлозу.
По словам Куинна Муна, именно наличие большого набора специализированных ферментов позволяет этим грибам использовать самые трудноразлагаемые формы углерода в качестве источника питания.
Грибы составляли примерно одну шестую всей биомассы исследованных образцов воды. Их численность оказалась сопоставимой с той, что наблюдается в открытом океане и почвах Антарктиды, — примерно 250 грибковых клеток в каждой капле воды.
Помимо грибов исследователи обнаружили генетические следы коловраток, тихоходок, кольчатых червей и круглых червей. Кроме того, были найдены признаки внутриклеточных паразитов, включая представителей Ichthyosporea, паразитирующих на животных, а также Rozellomycota, поражающих другие грибы.
Пока остаётся неясным, каким образом все эти организмы обеспечиваются кислородом. Учёные отмечают, что при подъёме воды на поверхность в неё может попадать растворённый кислород, которого в действительности почти нет на глубине.
Ранее исследования уже показали, что формация Антрим населена многочисленными археями, производящими метан, а их присутствие обычно свидетельствует о крайне низком содержании кислорода. Существуют также предположения, что некоторые микроорганизмы способны самостоятельно производить кислород без участия солнечного света.
Изучение изотопного состава кислорода и водорода, а также распределения солёности в различных пробах позволило предположить, что подземная экосистема существовала в относительно стабильных геохимических условиях ещё со времён позднего плейстоцена.
По словам Куинна Муна, большая часть исследованной воды не контактировала с поверхностью Земли примерно 11 тысяч лет. Вероятно, предки современных микроорганизмов и грибов проникли в трещины и поры сланцев после таяния ледников в конце последнего ледникового периода, а затем оказались изолированы под землёй на протяжении тысячелетий.
Таким образом, обнаруженные организмы не только приспособились к жизни на большой глубине, но и длительное время эволюционировали практически в полной изоляции от своих наземных родственников.
Авторы исследования обращают внимание, что эти подземные экосистемы могут одновременно являться уникальными очагами биоразнообразия и объектами серьёзного антропогенного воздействия. В районе формации пробурены многочисленные газовые скважины, а при их эксплуатации нередко используются биоциды, хотя до сих пор никто не оценивал влияние подобных работ на неизвестные ранее сообщества организмов.
Исследователи также подчёркивают, что грибы необходимо учитывать при построении моделей круговорота и долговременного хранения углерода в недрах Земли. По современным оценкам, около 90 % всего органического углерода планеты находится именно в глубоких подземных слоях.
Если обнаруженные грибы, бактерии и другие организмы активно перерабатывают этот углерод, то он может быть значительно менее надёжно изолирован от атмосферы, чем предполагалось ранее. В таком случае продукты его разложения способны со временем высвобождаться в виде газов, влияющих на климат Земли.
Исследование в журнале The ISME Journal.