Ученые установили связь ископаемых и живых бактерий для прогноза климата

Результаты исследования ископаемых оболочек древних микробов, проведенного с целью предоставить палеоклиматологам данные для более детальной реконструкции и прогнозирования изменения климата, опубликовали ученые Королевского института морских исследований Нидерландов (NIOZ), 16 декабря сообщает сайт новостей науки EurekAlert со ссылкой на пресс-службу NIOZ.

Оболочка микробов реагирует на окружающую среду, поэтому окаменелые микробные оболочки могут дать ученым представление о том, каким был климат в глубоком геологическом прошлом.

Исследование, проведенное под руководством микробиолога из Королевского института морских исследований Нидерландов Дианы Сахонеро-Канавеси, обнаружило «недостающее звено» между ископаемой оболочкой и оболочкой существующих в настоящее время бактерий, которое значительно повысит точность климатических реконструкций и прогнозов.

Оболочка микробов состоит из липидов. «Некоторые микробные липиды широко используются для реконструкции климата прошлого. Они всегда были окружены тайной, поскольку мы не знали, какие микробы их производят и при каких условиях. Этот недостаток информации ограничивает предсказательную способность этих молекул реконструировать прошлые условия окружающей среды», — рассказала Сахонеро.

Проведенное командой исследование показывает, какие бактерии вырабатывают эти липиды, а также как они изменяли свою липидную оболочку, чтобы адаптироваться к изменениям окружающей среды. Эта работа стала еще одним шагом к более детальной реконструкции и прогнозированию изменения климата.

Липиды, молекулярные строительные блоки клеточной мембраны, уникальны для каждого вида микроорганизмов. «Это работает так же, как отпечатки пальцев, их можно использовать для идентификации микробных окаменелостей», — пояснила Лаура Виллануэва, доцент факультета наук о земле Утрехтского университета и старший научный сотрудник NIOZ.

Липиды древних микробов находят в древних отложениях. Как только эти молекулы из прошлого будут отделены, идентифицированы и соотнесены с ныне живущими группами бактерий, их можно использовать как биомаркеры.

Такие маркеры могут рассказать об атмосферных и океанических условиях на древней Земле, потому что ученые знают от «живых родственников» этих микробов, как они взаимодействуют с окружающей средой.

Однако ранее было неясно, какие именно бактерии вырабатывали эти специфические липиды, называемые тетраэфирами диалкилглицерина с разветвленной цепью (GDGTS). Диана Сахонеро и ее коллеги смогли обнаружить бактерии, образующие эти липиды, и выяснить, как они вырабатывают липиды. Для этого им пришлось исследовать более 1850 белков.

Далее исследователи должны были узнать, какие в настоящее время живые бактерии производят такие липидные молекулы, чтобы использовать их для более точной реконструкции климата.

Исследователи в этом случае смогут измерить взаимодействие этих живых бактерий с окружающей их морской водой или атмосферой. Эта информация станет ключом — прокси, для корреляции параметров липидных молекул (например, их количество в оболочке) с параметрами окружающей среды.

Это станет важным шагом в реконструкции прошлых экологических и климатических условий на основе образцов древних отложений.

«Наше исследование показывает, что существует много видов ныне живущих бактерий, которые могут вырабатывать мембранные липиды такого типа. Кроме того, мы обнаружили, что все эти бактерии ограничены средой, где отсутствует кислород», — сообщила Сахонеро.

«Это исследование археоподобных липидов бактерий показывает, как группа микробов, которые их производят, развила свою липидную мембрану миллиарды лет назад. Это фантастика — получить представление об этой части истории жизни. До сих пор это было в основном загадкой», — сообщила исследовательница.

Исследования Сахонеро и ее коллег продолжаются. «Теперь мы знаем, какие бактерии образуют эти молекулярные строительные блоки, и мы понимаем, как они это делают. Далее нам нужно выяснить, как производство этих молекул зависит от факторов окружающей среды, таких как температура воды или рН», — рассказала Лаура Вильянуэва, доцент факультета наук о Земле Утрехтского университета и старший научный сотрудник NIOZ.

В этом случае прокси, основанный на этих бактериальных липидах, может с большей уверенностью использоваться палеоклиматологами для более детальной реконструкции и прогнозирования изменения климата, пояснила Вильянуэва.

Результаты своих исследований команда NIOZ представила в статье «Устранение липидного разрыва: идентификация ключевых ферментов для биосинтеза трансмембранных и эфирных липидов у бактерий», опубликованной 16 декабря 2022 года в журнале Science Advances.