Бактерии собирают фосфор для питания обитателей рифов
Морские губки проживают на дне океана и являются важным компонентом рифовой экосистемы. Учёным уже давно было известно, что морские губки фильтруют тысячи галлонов морской воды ежедневно и выделяют из неё питательные вещества. Именно поэтому вода вокруг коралловых рифов поразительно чистая и прозрачная.
Штаммы цианобактерий рода Leptolyngbya, выделенные из морской губки вида Ircinias trobilina с внутриклеточными гранулами полифосфатов в жёлтой флуоресценции (фото University of Maryland Center of Environmental Science/Fan Zhang).
Теперь же исследователи из Центра науки об окружающей среде при Университете Мэриленда обнаружили, что цианобактерии, проживающие на морских губках, собирают из воды фосфор для питания рифовой экосистемы. В ходе научной работы исследователи изучали три различных вида морских губок из Карибского бассейна.
Первые губки заселили океаны около 750 миллионов лет назад, когда морская жизнь начала быстро развиваться. Примерно в то же время глубокие воды океанов насытились кислородом. Это преобразование традиционно соотносят с кембрийским взрывом, внезапным расцветом биоразнообразия. Учёные полагают, что именно ранние животные (в частности губки) привели к росту концентрации кислорода в водах, а не наоборот.
Губки находятся в постоянном взаимодействии с бактериями и микроорганизмами, они могут занимать до 40% общего объёма губки. Бактерии, проживающие в губках, могут передавать питательные вещества в губку, в частности, столь необходимый для жизни фосфор.
Морской биолог, занимающийся изучением рифового сообщества (фото Steven E. McMurray).
"Губки и бактерии жили вместе в течение действительно долгого времени, – рассказывает ведущий автор исследования Фань Чжан (Fan Zhang). – Этот механизм функционирует на протяжении миллионов лет, а мы только сейчас начинаем понимать, как рифы получают фосфор из воды".
Фосфор — питательный элемент, очень важный для жизни. Но вокруг коралловых рифов его концентрация очень низка. Результаты нового исследования показали, что фосфор захватывается бактериями, например, рода Leptolyngbya, проживающими в губках вида Ircinia strobilina или Xestospongia muta. Затем фосфор превращается микроорганизмами в полифосфаты — форму фосфора, удобную для питания рифового сообщества.
Полифосфаты можно обнаружить почти во всех организмах: они сохраняют фосфор и предоставляют запас энергии. Полифосфатные соединения обнаруживаются при изучении организмов с помощью электронной микроскопии и выглядят как крошечные белые кластеры или гранулы.
На протяжении многих лет морские биологи наблюдали эти гранулы в образцах губок, но не знали, откуда они брались.
Результаты нынешнего исследования свидетельствуют, что эти гранулы создают бактерии, живущие в губках, которые сохраняют фосфор в форме полифосфатов. Таким образом формируется запас питательных веществ, которым могут пользоваться как сами губки, так и другие организмы рифа.
Этот вывод экологов является важным для глубокого понимания того, какой опасности подвергаются рифы и как можно изменить текущую ситуацию.
Ткани губки вида Xestos pongiamuta с жёлтыми гранулами полифосфатов (фото University of Maryland Center for Environmental Science/Fan Zhang).
"Коралловые рифы всего мира находятся под угрозой исчезновения, поэтому мы должны очень хорошо понять их устройство и жизнь, – говорит один из авторов исследования профессор Рассел Хилл (Russell Hill). – Уже почти век учёным известно, что вода вокруг рифов отличается низким содержанием фосфора. На этот парадокс указал ещё Чарльз Дарвин. Новым исследованием мы делаем значительный шаг вперёд в понимании того, как рифовые системы развили такое невероятное биоразнообразие, при том что окружающие воды не богаты этим важным для жизни элементом".
Это исследование позволило по-новому взглянуть на важнейшую роль губок для выживания всей экосистемы — процесс получения питательных веществ из воды и перераспределения их по всему рифу.
В будущем это знание может пригодиться не только экологам, но и химикам. Например, поможет найти способ выделения столь необходимого жизни фосфора из сточных вод.
