Согласно результатам нового исследования, ученые выявили характеристики микроорганизмов, указывающие на их уникальность и исключительную приспособленность к суровым условиям Антарктиды – самого холодного и засушливого континента Земли.

Размеры бактерий крайне незначительны, что позволяет их спорам или клеткам распространяться посредством ветра, воды, животных и других факторов. Таким образом, географические преграды, которые эффективно ограничивают перемещение крупных растений и животных, оказываются неэффективными для микроорганизмов. преодолевать.

Антарктический континент представляет собой почти идеальную природную лабораторию для проверки данной гипотезы: он характеризуется значительной географической изолированностью, где приблизительно 98 процентов территории покрыто льдом. Открытые участки подвержены воздействию экстремальных температур и засухи, а почва отличается дефицитом влаги и питательных веществ.

Группа специалистов в области микробиологии и эволюционной биологии, возглавляемая Ником Драгони ( Nick Dragone) исследователи из Колорадского университета в США поставили вопрос о существовании бактерий, эволюционно связанных исключительно с Антарктидой и практически не встречающихся в других регионах мира, несмотря на их способность к глобальному распространению.

Исследователи проверяли идею на бактериях Arthrobacter. Этот род микроорганизмов имеет широкое распространение в почвах по всему земному шару, охватывая как холодные зоны, так и тропические области. В связи с этим, Драгони и его соавторы поставили перед собой задачу определить, возможно ли существование отдельных эволюционных линий внутри этого рода, которые были бы уникальны для Антарктиды и адаптированы к местным условиям.

Ученые взяли штаммы Arthrobacter были извлечены из антарктических почв, после чего был проведен анализ их генетического состава. Полученные данные сопоставили с геномами штаммов Arthrobacter, которые ранее были собраны в различных уголках планеты и находятся в открытом доступе в специализированных базах данных. Целью данного исследования являлось определение степени генетической схожести между антарктическими штаммами и образцами, полученными из других регионов.

В состав сравнительной выборки вошли не только образцы, взятые из обычных почвенных слоев, но также пробы, отобранные из мест обитания с экстремальными условиями окружающей среды, таких как Тибетское нагорье, архипелаг Шпицберген и пустыня Атакама. В результате работы было проверено более ста антарктических штаммов и около пятисот штаммов, происходящих из других географических зон.

В ходе исследования было установлено, что около 90 процентов изученных штаммов, выделенных из антарктических образцов, Arthrobacterотсутствовали в общедоступных базах данных, содержащих информацию о почвенных бактериях из других частей света. Этот факт свидетельствовал об их эндемичности – ситуации, когда ареал распространения группы организмов ограничен конкретной географической территорией.

Недостаточно одного генетического отличия для подтверждения того, что бактерии адаптировались к условиям Антарктиды. Возможно, антарктические бактерии отличаются от своих сородичей, однако это не обязательно свидетельствует о том, что эти различия возникли в результате адаптации к местным факторам среды.

В связи с этим ученые провели дополнительный эксперимент, в рамках которого осуществляли культивирование штаммов ArthrobacterДля проведения исследований образцы помещали в чашки Петри на плотных питательных средах, стремясь воспроизвести антарктические условия, а именно низкие температуры и недостаток влаги, чтобы наблюдать за поведением различных штаммов.

Штаммы ArthrobacterБактериальные культуры, выделенные из образцов, взятых в Антарктиде, демонстрировали более медленный рост по сравнению с культурами из других регионов мира, но при этом проявляли повышенную устойчивость к неблагоприятным условиям окружающей среды. Этот признак указывал уже не только на географическую изоляцию популяций, но и на продолжительный процесс адаптации к местной среде обитания.

Род ArthrobacterДанный вид микроорганизмов широко распространен по всему земному шару, однако отдельные его популяции прошли собственную эволюционную траекторию развития. В этом отношении микробиологический мир Антарктиды имеет сходство с макромиром ее природы: у пингвинов также есть близкие виды в других регионах, но антарктические виды развивались преимущественно обособленно и сформировали уникальные эволюционные линии.

Согласно мнению авторов исследования, достигнутые выводы служат началом для последующих изысканий. Учитывая обнаружение уникальных микроорганизмов в антарктической почве, существует вероятность того, что аналогичная ситуация может наблюдаться и в других удаленных или характеризующихся экстремальными условиями локациях.

В настоящее время анализ коснулся лишь одной группы бактерий, поэтому нельзя делать однозначные выводы о всех микроорганизмах, обитающих в Антарктиде. В дальнейшем ученым необходимо будет провести проверку других групп и определить степень распространенности выявленной закономерности.

Научная работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.