Ученые проанализировали видовое разнообразие цианобактерий из рода Phormidesmis и обнаружили среди выделенных из почв города Апатиты штаммов новый для науки род, который назвали Apatinema. Результаты исследования этих микроскопических организмов, способных приспосабливаться к жизни в самых экстремальных условиях и активно участвующих в биологических круговоротах азота и углерода, позволят использовать их для восстановления арктических техногенных пустошей.
Морфологические особенности вида Phormidesmis communis: (a) местообитание — разлив ручья на архипелаге Шпицберген, верхнюю поверхность обрастаний формирует цианобактериальный мат с доминированием Phormidesmis communis. (b–e) микрофотографии разных штаммов Phormidesmis communis / ©Пресс-служба РНФ
Работа, поддержанная грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликована на страницах журнала Diversity. Цианобактерии — наиболее сложно организованные микроорганизмы. Они являются единственной группой оксигенных фотосинтезирующих бактерий, то есть, как и зеленые растения, выделяют в процессе фотосинтеза кислород. Многие из них способны еще и к азотфиксации — превращению азота в форму, доступную для других живых организмов. Азот входит в группу важнейших элементов, из которых строятся клетки: без него не будет ни аминокислот, а значит, и белков, ни нуклеиновых кислот.
Цианобактерии очень разнообразны и обитают практически во всех уголках нашей планеты, порой даже с очень экстремальными условиями, — например в Арктике. Северные экосистемы из-за сурового климата в целом отличаются бедным видовым разнообразием, также у них довольно низкая продуктивность — способность накапливать органическое вещество в виде биомассы, от которой напрямую зависит обогащенность почв углеродом и азотом. Именно поэтому крошки-цианобактерии играют очень важную роль в жизни Арктики. Кроме того, они могут жить и на отвалах многочисленных для региона горно-промышленных предприятий, постепенно делая их более приемлемыми для обычных растений.
Исследователи Полярно-альпийского ботанического сада-института имени Н.А. Аврорина (Кировск) и Института проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра РАН (Апатиты), пересмотрели таксономию нитчатых цианобактерий рода Phormidesmis, который был недавно обнаружен и пока недостаточно изучен — потенциально его представители могут содержать ценные для промышленности вещества, а также обладать интересными свойствами. Ученые проанализировали филогенетические взаимоотношения между видами, то есть то, кто от кого произошел и кто кому приходится эволюционным родственником. Для этого авторы собрали пробы цианобактерий из десяти местообитаний на Севере, посетив архипелаг Шпицберген, Полярный Урал, Карелию и ряд мест в Мурманской области.
Из образцов удалось выделить 23 штамма цианобактерий, которые изучили с помощью микроскопа и анализа определенных последовательностей ДНК. Таким образом авторы охарактеризовали их и выяснили, что они принадлежали к трем видам рода Phormidesmis, однако один из штаммов оказался отличным от них и по внешнему виду, и по генетическим маркерам. Интересно, что его ученые обнаружили буквально на улице в городе Апатиты. Находку выделили в отдельный род Apatinema: от греческого «Apati» — обманывать, путать, а также в честь города Апатиты, и «nema» — нить, поскольку эти цианеи имеют нитчатую форму.
«Цианобактерии — прекрасный объект, в некотором роде это гиганты среди микроорганизмов: они способны формировать колонии, которые можно увидеть невооруженным взглядом, но все же большая часть из них обнаруживается при культивировании. Выявление новых для науки таксонов идет в последние годы с лавинообразной скоростью, поскольку широко стали применяться молекулярно-генетические методы.
Не стоит удивляться и тому, что неизвестный науке род оказался обитателем городской среды — мы очень мало знаем о цианобактериях антропогенных территорий. В дальнейшем мы планируем рассмотреть возможности изученных нами цианобактерий в восстановлении арктических земель», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Денис Давыдов, кандидат биологических наук, заместитель директора по научной работе Полярно-альпийского ботанического сада-института.
