Подземные угольные пласты, объятые пожаром, — не слишком благоприятное место для жизни. Однако российские ученые, исследуя карьеры Кемеровской области, показали, что там тоже есть микроорганизмы. Они схожи с теми, что населяют горячие источники и другие суровые среды, и способны перерабатывать угарный газ, водород, нитраты и другие, зачастую опасные для человека соединения. Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Microorganisms.
Для геотермальных экосистем, к которым, например, относятся вулканы и горячие наземные и глубоководные источники, характерны суровые условия. Температуры здесь высокие, а среда может быть очень кислой или очень щелочной. Кроме того, в них также часто содержатся химически активные соединения, которые могут быть смертельны для живых организмов, поскольку они способны разрушить мембрану обычной клетки.
«Существовать здесь могут лишь очень приспособленные микроорганизмы. Они не только обладают уникальными защитными системами, но и способны получать энергию в ходе химических превращений тех веществ, что им доступны. Особенности их метаболизма активно использует человек: одни ферменты помогают биологам размножать молекулы ДНК в пробирке, другие — отбеливать ткани», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Виталий Кадников, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник ФИЦ Биотехнологии РАН.
Молодые и пока плохо исследованные аналоги этих природных экосистем (называемые просто термальными) — места добычи углеводородов, то есть нефтяные скважины и угольные карьеры. Последние стали объектом исследования группы ученых из ФИЦ Биотехнологии РАН (Москва) и Томского государственного университета (Томск). Авторы изучили карьеры неподалеку от города Киселевск, Кемеровская область, и отобрали пробы пластов из мест, где были признаки подземного пожара — нагретый грунт, выходящие на поверхность дым и пар. Они охарактеризовали химический и минералогический состав образцов, чтобы понять, какие именно вещества могут использовать для получения энергии заселяющие уголь бактерии. Затем биологи определили видовой состав микроорганизмов из пласта, проанализировав содержащиеся в нем ДНК, а именно — последовательности гена одной из субъединиц рибосом, часто используемого для подобных целей.
Выяснилось, что в Кузбасском карьере обитает более десятка групп микроорганизмов, в большинстве своем — бактерии. Архей, которых принято считать обычными жителями экстремальных экосистем, оказалось не более 3%; все они хемолитоавтотрофы, перерабатывающие аммиак в нитрит. Последнее соединение стало «пищей» для другой немногочисленной группы организмов, переводящей его в нитраты, которые люди используют, например, в качестве удобрений.
Среди бактерий преобладали представители типа Chloroflexi, часто встречающиеся в средах с высоким содержанием углекислого газа; они же способны переводить ядовитый угарный газ в СО2. Потенциально это может быть полезным для новых технологий очистки воздуха везде, где используются печная топка. Некоторые бактерии из найденных в угольных пластах могут окислять водород с образованием воды.
Были обнаружены и микробы, которым для жизни нужен метан. Многие из определенных организмов могут фиксировать углекислый газ и расти автотрофно, но были и те, что питаются мертвыми останками своих собратьев. Кузбасский карьер оказался хорошо сбалансированным микробным сообществом, по разнообразию превосходящий подобные изученные ранее объекты в Китае, США и на Алтае.
«Наше исследование — еще один шаг к пониманию того, как возникли эти относительно молодые экосистемы, какие связи в них есть и можем ли мы использовать их. Они очень похожи на те, что формируются вокруг горячих источников, но кто знает, может, в них найдутся очень специфические организмы, которые позволят разработать новые способы получения ценных биотехнологических продуктов за счет использования водорода и угарного газа, образующихся при газификации угля», — рассказывает Виталий Кадников.