Сообщества микроорганизмов на дне полярных озер развивались независимо от других регионов под влиянием особенностей геологической, биологической и климатической истории их регионов. Уникальный характер микробных сообществ подчеркивает острую необходимость включения этих форм жизни в планы управления полярными регионами.
Международная исследовательская группа ученых под руководством биологов из Гентского университета (Бельгия) и профессора Доминика Ходжсона из Британской антарктической службы отобрала и секвенировала биоразнообразие и историю эволюции микроорганизмов в более чем 200 арктических, субантарктических и антарктических озерах.
Новое исследование показывает поразительные различия в составе микробных сообществ между полярными регионами, при этом в озерах на Северном и Южном полюсах доминируют разные группы. Их работа является первым крупномасштабным исследованием ДНК этих уникальных микробиомов и была опубликована в журнале Science Advances.
Полярные регионы характеризуются экстремальными условиями жизни, такими как очень низкие температуры и низкая доступность воды и питательных веществ. Озера в этих суровых условиях являются оазисами биоразнообразия и продуктивности, где в жизни доминируют микроскопические организмы.
Предполагалось, что микроорганизмы благодаря своей астрономической численности и небольшому размеру клеток беспрепятственно распространились по Земле и колонизировали все подходящие места обитания. Эта гипотеза теперь была проверена с помощью ДНК для сравнения состава сообществ более чем 200 арктических, субантарктических и антарктических озер, чтобы определить, имеют ли они одинаковую эволюционную историю.
Профессор Доминик Ходжсон возглавляет группу по ледниковым щитам и изменению климата Британской антарктической службы и является соавтором исследования. Он говорит: «Это исследование является кульминацией многих лет отбора проб из труднодоступных микроскопических сообществ и применения последних достижений в области ДНК».
«Это меняет правила игры, когда мы видим доказательства того, что микробная жизнь на полюсах была сформирована климатическими и биологическими факторами, специфичными для отдельных регионов, а не, как считалось ранее, частью одной и той же глобальной эволюционной траектории», - добавил он.
Начиная с позднего эоцена (34 млн лет назад) Антарктида постепенно покрывалась ледниковым покровом, что привело к вымиранию большинства групп растений и животных. Он также сильно изолирован в Южном полушарии, что помешало этим группам повторно колонизировать континент. С другой стороны, арктические массивы суши географически тесно связаны и были покрыты ледниковыми щитами только во время ледниковых максимумов, начиная с 3,2 млн лет назад.
У животных и растений это привело к сильным различиям в эволюционной истории видов и их географическом распространении на обоих полюсах. Однако считалось, что микроорганизмы свободно перемещаются по Земле.
Новое исследование обнаруживает различные группы микроорганизмов в озерах на Северном и Южном полюсах. Гетеротрофные бактерии (микроорганизмы, питающиеся органическим углеродом) и водоросли, устойчивые к выпасу, по-видимому, относительно более распространены в Арктике, в то время как цианобактерии (микроорганизмы, которые получают энергию за счет фотосинтеза) и зеленые водоросли более доминируют в антарктических озерах. Видовое разнообразие в Антарктиде также ниже.
Анализы показали, что образование ледяных шапок во время исторических ледниковых периодов привело к исчезновению нескольких групп микробных организмов из Антарктиды. Команда смогла продемонстрировать, что выжившие группы могут развиваться изолированно. Таким образом, общий предок дал начало нескольким подвидам и разновидностям, распространение которых ограничивается Антарктидой.
Даже на глубоких эволюционных уровнях оказывается, что многие генетические линии являются давними и уникальными для Антарктиды. Это показывает, что перемещение между полюсами в длительных временных масштабах довольно ограничено и что Южный океан также является основным барьером для микроорганизмов.
