Немецкие ученые показали, что морские травы могут употреблять азот благодаря симбиотическим бактериям. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Морские травы широко распространены в мелководных участках тропических и умеренных морей. Они занимают площадь более 600 тыс. кв. км, что приблизительно равно площади Франции. Морские травы составляют основу целой экосистемы, в которой живет множество организмов. Некоторые из них являются вымирающими видами: черепахи, морские коньки, ламантины. Морские травы защищают береговые линии от эрозии, вызванной штормовыми приливами, и ежегодно поглощают миллионы тонн углекислого газа. Впоследствии он сохраняется в экосистеме надолго в виде так называемого «синего углерода». В среде обитания морских трав мало питательных веществ, таких как азот. Он содержится в воде в виде газа, но растения не способны его фиксировать. Долгое время ученые задавались вопросом о том, как морские травы способны потреблять азот.
В новом исследовании биологи показали, что в корнях морских трав обитают бактерии-симбионты. Они поглощают азот из воды в элементной форме (N2) и переводят его в форму, в которой морские травы могут его потреблять. Выделенный вид бактерий ученые назвали Celerinatantimonas neptuna в честь их хозяина — травы Нептуна (р. Posidonia). Ранее сообщалось о том, что родственники C. neptuna состоят в похожих отношениях с морскими водорослями. Чтобы изучить данный пример симбиоза подробнее, ученые использовали множество современных методов.
Измеряя содержание кислорода в водах Средиземного моря, исследователи определили продуктивность морских трав. Они визуализировали бактерии, обитащие внутри корней морских трав и вокруг них, с помощью техники флуоресцентной микроскопии FISH, в которой каждому виду бактерий присваивается свой цвет. С помощью масс-спектрометра NanoSIMS ученые показали активность каждого вида бактерий. Геномные и транскриптомные анализы показали, какие гены бактерий участвуют в симбиотическом взаимодействии. Все это помогло представить подробный анализ этого морского симбиоза.
«100 млн лет назад морские травы переместились с земли в море. Вероятно, бактерии они позаимствовали у морских водорослей, — рассказала Вибке Мор, океанолог, главный автор исследования. — По сути, они скопировали систему, которая успешно работала на земле, поэтому, чтобы выжить в бедной питательными веществами морской воде, они обзавелись морским симбионтом. Согласно генетическому анализу можно предположить, что подобный симбиоз может быть у тропических морских трав и в солончаках. Благодаря этому цветущие растения могут расти в условиях, в которых на первый взгляд имеется недостаток питательных веществ, как на суше, так и в воде».
При смене времен года меняется и содержание питательных веществ в прибрежных водах. Зимой и весной их достаточно морским травам. В эти времена года в их корнях есть бактерии, но они не очень активны. Однако летом больше солнечного света, поэтому разрастаются водоросли. Они потребляют большое количество питательных веществ, которых и без того мало. Здесь в игру вступают симбиотические бактерии. Именно благодаря им летом морские травы растут наиболее активно, несмотря на то что в это время года наблюдается наибольший недостаток питательных веществ в окружающей среде.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
