Большой грязевой вулкан километрового диаметра, расположенный на дне Баренцева моря, оказался населен тремя типами микробных сообществ, живущих за счет окисления метана. В центре вулкана обитают бактерии, окисляющие метан при помощи кислорода, на периферии живут симбиотические микробные комплексы двух типов, окисляющие метан в бескислородных условиях при помощи сульфатов. Все эти сообщества, однако, не успевают утилизировать даже половину метана, выделяемого вулканом.
Бактериальные маты, образованные бактериями Beggiatoa, часто встречаются на морском дне вблизи выходов метана и сероводорода (фото © MBARI 1998 с сайта microbewiki.kenyon.edu)
Расположенные на морском дне грязевые вулканы являются важным источником атмосферного и гидросферного метана. Количественно оценить вклад подводных грязевых вулканов в общий баланс этого парникового газа пока не удается: слишком мало мы еще знаем об этих странных геологических образованиях. В частности, неизвестно, какую роль в круговороте играют метанокисляющие микроорганизмы, во множестве обитающие в окрестностях таких вулканов.
Команда немецких и французских микробиологов, океанографов и генетиков исследовала микробную биоту крупного подводного грязевого вулкана (Håkon Mosby Mud Volcano), расположенного в Баренцевом море на глубине 1250 м и названного именем норвежского океанографа Хокона Мосбю (Håkon Mosby, 1903–1989).
Вулкан представляет собой округлое образование диаметром около километра, приподнимающееся над морским дном менее чем на 10 метров. Вулкан источает в воду большие количества грязи и газов (среди которых более 99% составляет метан). Всё это поступает из земных недр по каналу, уходящему в глубину на 2-3 км. Исследователи проанализировали многочисленные пробы, взятые из трех четко различающихся концентрических «природных зон»: 1) центр вулкана, где нет видимых признаков жизни; 2) зона бактериальных матов, где преобладает нитчатая гамма-протеобактерия Beggiatoa, окисляющая сульфиды при помощи кислорода до серы или сульфатов (H2S + O2 → S0, SO42– + H2O); 3) зона массовых поселений живущих в трубках кольчатых червей сибоглинид ( Siboglinidae), которых раньше выделяли в особый тип погонофор (см. Чтобы жить, глубоководные черви заражаются полезными бактериями, «Элементы», 23.05.2006)
Изображение вулкана, полученное при помощи высокочувствительного эхолокатора. Цветом обозначены глубины, треугольниками — места забора всевозможных проб. Рис. из статьи в Nature
На поверхности свежих грязевых выбросов в центральной части вулкана обнаружилось большое количество микробов (3,6 млрд клеток на куб. см). Из них 56% относится к известным группам аэробных метанотрофных бактерий, которые окисляют метан при помощи кислорода. Но это — только в самом верхнем слое грязи толщиной в 1 см. Во втором сантиметре осадка бактерий обнаруживается в пять раз меньше, а глубже 5 см их уже совсем мало — лишь 10 млн на куб. см.
Подальше от центра вулкана, под сульфидокисляющими бактериальными матами, было обнаружено сообщество, состоящее из сульфатредуцирующих бактерий и архей, окисляющих метан. Сообщества подобного типа были известны и ранее. Бактерии и археи в таком сообществе образуют единую симбиотическую систему, в которой окисление метана неразрывно связано с восстановлением сульфата (CH4 + SO42– = H 2S + CO2). Это симбиотическое сообщество, в свою очередь, находится в симбиозе с расположенным над ним бактериальным сульфидокисляющим матом: Beggiatoa снабжает «соседей снизу» сульфатом, получая в обмен сульфид.
Однако археи, входящие в состав данного сообщества, относятся к ранее неизвестной группе. Это было установлено по нуклеотидным последовательностям генов 16S рРНК, выделенных из проб. Второй компонент сообщества — сульфатредуцирующие бактерии — тоже относится к новой разновидности, которая, однако, близка к известному роду Desulfobulbus. Уникальное анаэробное метанокисляющее сообщество живет только в самом верхнем слое грунта толщиной 3-5 см, непосредственно под бактериальными матами, поскольку глубже сульфаты не проникают.
В периферической зоне, на расстоянии 300-400 м от центра вулкана, бактериальные маты сменяются скоплениями живущих в трубках червей-погонофор Oligobrachia haakonmosbiensis и Sclerolinum contortum. В этой зоне благодаря деятельности червей, которые живут, зарывшись задним концом тела в грунт, окислители (в первую очередь сульфат) проникают гораздо глубже в толщу осадка. Это позволило археям-метанотрофам и их симбионтам заселить глубокие слои грунта. Наибольшее их количество обнаруживается на глубине 60-90 см от поверхности дна. Микробное сообщество этой зоны представлено другими археями и другими бактериями-сульфатредукторами — обычными, известными ранее разновидностями. В этой периферической зоне перерабатывается заметно больше метана, чем в обеих внутренних зонах вулкана.
Все три метанотрофных сообщества, по-видимому, не справляются с переработкой даже половины метана, выбрасываемого вулканом. По расчетам исследователей, «центральное» сообщество аэробных метанотрофов утилизирует 3,2 тонны метана в год, уникальное сообщество зоны бактериальных матов — около 30 тонн, сообщество зоны погонофор — около 50 тонн. Вулкан же выбрасывает от 200 до 650 тонн метана в год.
Сообщества метанотрофов, существующие вблизи других изученных подводных источников метана, работают намного эффективнее. Низкая эффективность сообщества грязевого вулкана объясняется дефицитом окислителей, что, в свою очередь, связано с химическими и гидрологическими особенностями этого необычного биотопа. Большие количества холодных растворов, насыщенных метаном и лишенных кислорода и сульфатов, просачиваются здесь из морского дна на большой территории, что препятствует проникновению окислителей из вышележащих слоев воды.
Источник: Helge Niemann et al. Novel microbial communities of the Haakon Mosby mud volcano and their role as a methane sink // Nature. 2006. V. 443. P. 854-858.
Комментарии: (0)