Учёные из Университета Майами обнаружили, что крошечные бактерии, живущие внутри рыб, могут помогать формировать химический состав мирового океана. Исследование, проведённое под руководством бывшего аспиранта Энтони Бонакольты, предполагает, что микробы в кишечнике рыб работают вместе со своими хозяевами, производя особую форму карбоната кальция. Это минеральное вещество играет важную роль в океанской химии и служит значительным накопителем углерода. Открытие бросает вызов давнему предположению, что за этот процесс отвечают исключительно сами рыбы.
Рыбы с костным скелетом, которых учёные называют костистыми рыбами, постоянно пьют морскую воду, чтобы поддерживать правильный водный баланс в организме. В рамках этого процесса их кишечник удаляет избыточные ионы кальция и карбоната. Затем эти соединения выводятся наружу в виде твёрдых карбонатно-кальциевых гранул, которые получили название ихтиокарбонаты.
До сих пор учёные полагали, что производство ихтиокарбонатов полностью обусловлено физиологией самой рыбы. Новое исследование указывает на возможное участие микробов. Как пояснил один из соавторов исследования Мартин Гросселл, профессор ихтиологии и заведующий кафедрой морской биологии и экологии, эта работа позволяет предположить, что кишечный микробиом может играть более широкую роль как в биологии рыб, так и в глобальных морских круговоротах питательных веществ. То, что ранее считалось процессом, осуществляемым исключительно рыбой, на самом деле может отражать тесный симбиоз между рыбой и её кишечным микробным сообществом.
Эксперименты с рыбой в разных условиях солёности
Чтобы изучить этот процесс, исследователи наблюдали за жабовидной рыбой-жабой в условиях разной солёности. Рыб помещали в солоноватую воду (девять промилле), морскую воду (тридцать пять промилле) и гиперсолёную воду (шестьдесят промилле). Предыдущие исследования показали, что производство ихтиокарбонатов увеличивается по мере того, как рыбы адаптируются к более солёной среде в процессе нормальной осморегуляции (поддержания водно-солевого баланса).
Команда наблюдателей заметила, что рыбы, содержащиеся в условиях низкой солёности, не производили ихтиокарбонатов. Производство начиналось в морской воде и ещё больше усиливалось в гиперсолёных условиях.
Исследователи собрали образцы из нескольких мест, включая различные отделы кишечника, сами ихтиокарбонаты и окружающую воду. Были извлечены молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты и рибонуклеиновой кислоты для изучения как микробных сообществ, так и характера активности генов у рыб и связанных с ними микробов. Генетическое секвенирование помогло идентифицировать присутствующие микробы, а анализы экспрессии генов (активности генов) позволили выявить их потенциальные функции.
Свидетельство партнёрства рыбы и микроба
Исследователи обнаружили большое количество бактерий семейства вибрионов, особенно одного из видов светящихся бактерий (разновидность которых может вызывать заболевания у морских организмов), как в кишечнике рыб, так и в ихтиокарбонатах. Генетический анализ показал, что эти бактерии обладают признаками, связанными с процессами, участвующими в образовании ихтиокарбонатов.
Эти находки позволяют предположить, что микробы могут активно участвовать в производстве минерального вещества вместе с рыбой, а не просто существовать в среде кишечника. Большинство жизни на Земле является микробной, объясняет Гросселл. Микроорганизмы управляют круговоротами питательных веществ и функционированием экосистем, одновременно раскрывая новые измерения биологического разнообразия через симбиоз (взаимовыгодное сосуществование). Океан особенно богат такими партнёрствами, и симбиоз рыбы-жабы с вибрионом, потенциально связанный с производством карбоната кальция, является ярким новым примером.
Последствия для здоровья океана и хранения углерода
Это открытие даёт новый взгляд на то, как морские экосистемы влияют на химию океана и морской углеродный цикл. Если будущие исследования подтвердят полученные результаты, это будет означать, что микроскопические организмы, живущие внутри рыб, могут вносить вклад в процессы, влияющие на хранение углерода и общее здоровье океана, в гораздо более крупном масштабе, чем считалось ранее. То, что казалось простым физиологическим процессом, оказалось сложным партнёрством между рыбой и её невидимыми спутниками. И это партнёрство, возможно, помогает океану справляться с одной из его главных задач — регулированием углерода на планете.
