Из всех геологических эпох плиоцен и ранний плейстоцен наиболее похожи на возможное будущее Земли, если глобальное потепление продолжится. Неудивительно, что ученые стремятся узнать больше о видовом разнообразии того периода. До недавнего времени они могли изучать только следы генома пыльцы и крупных окаменелостей. Решением проблемы стал метод анализа eDNA — генетического материала из продуктов жизнедеятельности, сохраняющегося в осадочных породах. Недавно он помог реконструировать экосистему геологической формации Кап-Кёбенхавн на Севере Гренландии, возникшую два миллиона лет назад при средней температуре на 10 градусов выше современной. Теперь ученые исследовали микроорганизмы оттуда и обнаружили поразительное сходство с современными болотными угодьями.
Северная Гренландия два миллиона лет назад в представлении художника / © Beth Zaiken/bethzaiken.com
Раньше eDNA микроорганизмов в Кап-Кёбенхавн не изучали. Между тем это важно для понимания биогеохимических процессов прошлого. В новой работе группа ученых во главе с Эльске Виллерслевом восполнила этот пробел.
Их исследование размещено сайте электронного архива научных статей и препринтов по биологии bioRxiv.org.
Ученые избегают работать с eDNA-микроорганизмами, поскольку их сложно разделить. В слоях смешаны две группы сообществ. Первая — фрагменты сильно поврежденных, погибших организмов. Во вторую входят организмы, находящихся в состоянии покоя в течение десятков и сотен лет. Это так называемый банк семян. А еще там могут быть те, что «спят» миллионы лет. Их называют «путешественниками во времени».
Микроорганизмы из «банка семян» расценивают в целом как современные. Они пополняют генофонд существующих обитателей планеты. А вот «путешественники во времени» — это реликты прошлых эпох. Если они оживают, то в природу возвращается ДНК давно исчезнувших видов. Обе группы eDNA сложно отделить от современных микроорганизмов. Для этого генетики разработали новый фреймворк, сочетающий ряд аналитических методов.
Породы Кап-Кёбенхавн формировались в течение примерно 20 тысяч лет в морских условиях. Это слепок экосистемы, образованной речными наносами на прибрежную отмель. Со временем морские осадки превратились в сушу, изрезанную фьордами. Они обнажились примерно миллион лет назад. Поскольку Гренландия к тому моменту уже была покрыта ледяным щитом, формация Кап-Кёбенхавн вошла в состав вечной мерзлоты.
Таким образом, кроме изначальных микроорганизмов, там оказались сообщества, свойственные многолетнемерзлым породам. Исследователям пришлось разделять eDNA двух этих типов микроорганизмов и искать их современные аналоги.
Оказалось, исходные сообщества микроорганизмов очень похожи на те, что населяют современные болота. Это метаногенные археи, бактерии и вирусы. Наиболее часто ученым попадались следы Methanoflorens — микробов, поглощающих CO2 и вырабатывающих метан. Среди других метаногенов они наиболее производительны. Их ближайший аналог — бактерия из ледникового озера на Аляске.
Как отметили авторы статьи, они впервые описали археи, бактерии и вирусы, обитавшие в морских отложениях два миллиона лет назад. Также удалось выделить первоначальные сообщества , доказав тем самым существование теплой, влажной, свободной ото льда Северной Гренландии на рубеже геологических эпох.
Ученые сделали вывод, что эта экосистема хотя и служила дополнительным источником метана, но его избыток мог изыматься, в том числе такими бактериями, как Methanoflorens.
Самое удивительное — это находка ныне живущих потомков «путешественников во времени», оттаявших из вечной мерзлоты. Получается, что при подходящих условиях покоящиеся виды могут воскресать, проявляя чудеса устойчивости. Среди них — Methanoflorens, играющие ключевую роль в круговороте метана и усиливающие климатическую обратную связь, куда попадает тающая мерзлота.
Нуклеотидные последовательности современных Methanoflorens, включая тех, что обитают за три тысячи километров от острова, и их спящие два миллиона лет предки похожи более чем на 98 процентов. И еще одно наблюдение. В отличие от растений и крупных животных, микробные сообщества Гренландии до обледенения сильно напоминают те, что населяют сейчас талые болота Арктики.
