пусто

Товары для дайвинга и подводной охоты

Мы с вами уже 12 лет

+7 (495) 518-23-40

ежедневно с 10:00 до 21:00 ч.

Обратный звонок
Главная / Новости / В поисках новых термофилов

В поисках новых термофилов

26.09.2014 13:48

 Микробиологи впервые исследовали морские мелководные термальные источники Южных Курил.

Мелководные морские гидротермы реже становятся объектами исследований по сравнению с наземными источниками и глубоководными «чёрными курильщиками». Поэтому описание каждой новой мелководной гидротермальной экосистемы даёт богатую почву для расширения наших знаний об удивительном мире термофильных (растущих при высоких температурах) микроорганизмов. Одна из самых ярких работ по изучению мелководных гидротерм Курило-Камчатского вулканического пояса была предпринята в течение нескольких экспедиций конца 1980-х – начала 90-х годов, проводившихся совместно Институтом биологии моря ДВО РАН (Владивосток) и Институтом микробиологии РАН (Москва). Работа одной из этих экспедиций легла в основу  документального фильма «Загадки бухты Кратерной», получившего в 1990 году высшую награду международного Амстердамского кинофестиваля. В результате этих экспедиций были выделены новые гипертермофильные (то есть растущие при температурах 80-100°С) микроорганизмы. Они не нуждаются в кислороде для дыхания, используя вместо него серу. Это один из возможных энергетических процессов, за счет которого в отсутствие атмосферного кислорода существовали первые обитатели древней Земли.

Экспедицию 2014 года организовали ученики «первопроходцев», поставившие новые задачи. Ученые предполагают, что для микробных сообществ, живущих в мелководных морских термальных Южно-Алехинских и Нескученских источниках Кунашира, большое значение имеет «железное дыхание» (когда микробы используют окислы железа так же, как мы кислород). Кроме того, если в прежние годы исследовались только прибрежные гидротермы, расположенные в приливно-отливной зоне, в этот раз было намечено «углубиться», добравшись до горячих источников, расположенных на глубине до 20 м. Предполагалось, что там температура воды за счет давления водяного столба может быть выше 100°C, что может влиять на биогеохимию окружающей среды, состав микробных сообществ и протекающие в них микробиологические процессы.

Исследования Южно-Алехинских и Нескученских мелководных термальных источников Кунашира проходили с 26 июля по 9 августа, подобные работы проводились здесь впервые. В состав исследовательской группы входили научные сотрудники Института микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН (г. Москва) и университета Хоэнхайм (Штутгарт, Германия). О примерном расположении подводных источников ученые узнали от местных жителей и рыбаков во время предыдущей экспедиции 2011-го года. Тогда же у сотрудников Института микробиологии Сергея Гаврилова и Ильи Кубланова (в нынешней экспедиции он возглавлял исследования наземных гидротерм) возникла идея исследования мелководных гидротерм Кунашира. Позднее, на одной из международных конференций этой идеей «заразили» Максима Захарцева, в то время сотрудника Хайдельбергского университета, ранее имевшего опыт работы на Кунашире. Однако на момент подготовки экспедиции никаких подробных топографических и геологических данных по этим источникам в открытой литературе не было. Для того, чтобы уточнить месторасположение гидротерм, ученым пришлось «обойти» дно на большой площади на глубинах до 20 метров. После обнаружения мест выхода термальной воды основной задачей микробиологов был отбор проб термофильных бактерий, населяющих эти источники.

Изучение новых горячих источников может привести ученых к открытию не только новых организмов, но и каких-либо ранее не известных осуществляемых ими процессов, которые могли быть распространены на древней Земле, а также могут быть возможными на других планетах. Так, например, на источниках экологической тропы «Столбовская» на Кунашире в 1989 году в ходе экспедиции под руководством академика Георгия Александровича Заварзина была открыта новая обширная группа термофильных бактерий, образующих углекислый газ и водород из ядовитого угарного газа и воды.

Подготовка к экспедиции на Кунашир началась еще в Москве. Тренинги по погружению и работе под водой осуществлялись под руководством инструктора по дайвингу Андрея Крапивного. Ученые отработали навыки, необходимые для погружений в холодной воде в неизвестной обстановке: тренировались делать отбор проб микроорганизмов под водой, учились работать в команде. Так как отбор проб в таких условиях проводился научной группой впервые, ученые сами модифицировали некоторые приборы (термометры, пробоотборники и др.) для работы под водой и в условиях повышенного давления.

Участники экспедиции отметили, что подготовка проводилась «вслепую», они даже не представляли, каковы будут реальные условия работы в местах отбора проб. Во время экспедиции при поиске подводных термальных источников ученые сталкивались с трудностями в виде сильных течений и ограниченной видимости. При отборе проб возникали неожиданности: например, при выходе пузырьков газа из-под песка создавалось разрежение, и газоотборник заполнялся окружающей морской водой, поэтому собирать газ для анализа так, как это обычно делается на земле, было затруднительно. Каждый обнаруженный подводный источник имеет свои особенности, свой «режим работы», поэтому для отбора проб не подходил какой-то один способ, постоянно приходилось искать новые решения, приспосабливаться.

Исследователи отметили, что источники Южно-Алехинской и Нескученской групп отличаются друг от друга. «На Нескученских источниках, в отличие от Алехинских, мы видели рыжие отложения на песке вокруг термальных выходов, скорее всего, это отложения окисного железа. Также мы видели рыжие бактериальные маты (пленки, представляющие собой скопления микроорганизмов) и, весьма вероятно, что их цвет связан с активными процессами круговорота железа, происходящими в источниках», - рассказали участники экспедиции.

На Южно-Алехинских источниках ученые увидели крабов и морских звезд, погибших (буквально сварившихся) в гидротермах. Микробиологи предполагают, что останки погибших беспозвоночных являются благоприятной средой для развития термофильных микроорганизмов, использующих сложные органические полимеры, поэтому они были взяты для проведения дальнейших исследований в лаборатории.

По словам ученых, транспортировка бактерий с Кунашира в Москву не представляет трудностей, поскольку вне горячих источников процессы жизнедеятельности термофильных микроорганизмов замедляются. Как правило, эти бактерии не размножаются при температурах ниже +40°С, поэтому их можно хранить даже при комнатной температуре.

Дальнейшие лабораторные исследования будут включать в себя выделение и анализ ДНК из природных сообществ микроорганизмов. При этом можно будет узнать, какие именно микроорганизмы присутствуют в сообществе (включая неизвестные ранее группы), а также какие процессы они могли осуществлять в горячих источниках. Параллельно будет проходить изучение отдельных бактерий методами классической микробиологии: выделение чистых культур и исследование их метаболизма (процессов обмена веществ).Ферменты, которые осуществляют эти процессы у термофильных бактерий, представляют интерес для биотехнологии. Их применяют в самых разнообразных областях деятельности человека: в переработке токсичных отходов промышленности, при производстве пищевых продуктов, кормов, моющих средств, в целлюлозно-бумажной и текстильной промышленности. Примером может послужить ксиланаза, используемая в целлюлозно-бумажной промышленности для отбеливания бумаги. Еще одним примером является ДНК-полимераза из термофильной бактерии Thermus aquaticus – фермент, на котором основана вся медицинская молекулярная диагностика (ПЦР-анализ). Важным аспектом является еще и то, что  ферменты, выделяемые термофилами, позволяют быстро проводить биотехнологические процессы при высоких температурах, избегая заражения оборудования и продукции посторонними и, особенно, патогенными микроорганизмами. 

Термофильные микроорганизмы или термофилы, что в переводе с древнегреческого означает «любящие тепло», развиваются при температурах +45-123°С, т.е. выше температурной границы жизни большинства высших организмов. Согласно одной из самых распространенных современных теорий происхождения жизни первые организмы были термофильными, поэтому сообщества термофилов являются аналогами древнейших, первых, экосистем Земли. Многие современные термофильные микробные сообщества существуют при отсутствии кислорода и солнечного света, только за счет хемосинтеза, основанного на неорганических источниках энергии и углероде вулканического происхождения.

Экспедиция на Курильские острова оказалась возможной благодаря поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований, где существует конкурс экспедиционных проектов. Также большую помощь в проведении экспедиции оказали сотрудники СахНИРО и ИМГиГ ДВО РАН, в организации водолазных работ – Водолазный центр ТУРСИО из Владивостока и партнёры Андрея Крапивного из дайв-центров Москвы. Участники экспедиции выражают особую благодарность сотрудникам Курильского заповедника, в первую очередь, отдела охраны, обеспечивавшим доставку к местам проведения работ и оказавшим неоценимую помощь в сопровождении самих погружений на лодках.

Авторы текста: Мария Кнушевицкая, Сергей Гаврилов

 

Южно-Алехинские термальные источники. Автор фото: Максим Захарцев

Доктор биологических наук Татьяна Соколова готовится к погружению. Автор фото: Максим Захарцев

Подводный термальный источник. Автор фото: Андрей Крапивной

Отбор проб из подводного термального источника. Автор фото: Андрей Крапивной

Измерение температуры подводного термального источника. Автор фото: Андрей Крапивной

Измерение температуры подводного термального источника. Автор фото: Андрей Крапивной

Отбор проб из подводного термального источника. Автор фото: Андрей Крапивной

Камбала живо интересовалась исследованиями. Автор фото: Андрей Крапивной

Медуза. Автор фото: Андрей Крапивной

 







назад

Личный кабинет

Напомнить пароль?

Регистрация физического или юридического лица

Перезвоните мне
закрыть окно
Корзина

Товар добавлен в корзину.

Продолжить выбор Перейти к заказу