Антарктида: скрытое микробное разнообразие на краю Земли

Когда мы думаем об Антарктиде, многие представляют себе пингвинов, тюленей и китов. Однако большинство научных чудес Антарктиды невозможно увидеть без микроскопа. Эти микробные сообщества составляют основу экосистем Антарктики, но остаются практически невидимыми для большинства посетителей.

Недавнее исследование, опубликованное в PNAS, показало, что некоторые микробы, живущие в антарктических почвах, похоже, не существуют больше нигде на Земле. Это бросает вызов давнему мнению ученых о том, что микробы легко распространяются и поэтому встречаются повсюду.

Антарктида — одна из самых изолированных и суровых сред Земли. Его организмам приходится иметь дело с экстремальным холодом, засухой, интенсивным ультрафиолетовым излучением и ограниченностью питательных веществ, что создает уникальное для этого континента избирательное давление. Температура почвы может колебаться от примерно 8°C летом до ниже -25°C зимой, а температура воздуха может опускаться ниже -40°C. Нередки резкие колебания температуры, что создает особенно сложные условия для жизни.

Хотя экстремальные холода также наблюдаются в Арктике, именно историческая географическая изоляция характеризует эволюцию холода в Антарктике. Антарктические виды были эффективно изолированы на холоде от остальной части планеты циркумполярным течением в течение 10–15 миллионов лет, тогда как Арктика все еще тесно связана с другими континентами и была холодной всего около 1,5 миллиона лет.

Исследователи изучили штаммы бактерии Arthrobacter из Антарктиды и сравнили их с образцами из других холодных и засушливых сред, таких как пустыня Атакама, Шпицберген и Тибетское нагорье. Они обнаружили отдельные антарктические штаммы, которые, по-видимому, развивались изолированно на континенте, что позволяет предположить, что условия Антарктиды позволили уникальным микробным сообществам развиваться в течение длительных периодов времени.

Тот факт, что Антарктида может быть домом для организмов, не встречающихся больше нигде, поднимает важные вопросы об эволюции, сохранении и биотехнологии – и особенно о том, как мы можем сохранить такое адаптированное к холоду биоразнообразие в условиях потепления мира.

Эти микробы — не просто биологические диковинки. Они играют фундаментальную роль в круговороте питательных веществ и составляют основу пищевых сетей Антарктики.

Антарктические организмы разработали замечательные биологические решения, позволяющие выжить в условиях, которые были бы разрушительными для других организмов. Они могут выдерживать температуру воздуха, часто постоянно значительно ниже 0°C, сильное высыхание почв без годовых осадков и длительное воздействие высоких уровней УФ-В антарктическим летом.

Те же самые приспособления, которые позволяют антарктическим организмам выживать, могут иметь большое практическое применение. Например, в нашем собственном исследовании, опубликованном в 2025 году, изучался антимикробный потенциал бактерий, выращенных из восьми видов антарктических морских беспозвоночных, таких как морские огурцы, морские звезды и анемоны. В ходе лабораторных испытаний мы обнаружили, что два штамма этих бактерий (Psychrobacter и Pseudomonas) могут ингибировать рост микроорганизмов клинического значения, таких как эпидемический метициллин-резистентный Staphylococcus aureus, Micrococcus luteus и Candida albicans.

Помимо того, что Антарктида является потенциальным источником новых лекарств и ферментов, ее изолированное географическое положение означает, что это защищенная экосистема, и ее часто называют «последней великой дикой природой». Человеческая деятельность, такая как туризм и активизация научной деятельности, может привести к риску занесения неместных микроорганизмов и болезней в антарктические сообщества, которые развивались в относительной изоляции и могут не обладать устойчивостью к интродуцированным организмам.

Недавние исследования нашей лаборатории отслеживали устойчивость к противомикробным препаратам (УПП), вызываемую людьми. Устойчивость к противомикробным препаратам, затрагивающая как животных, так и людей, является глобальной проблемой. Это означает, что некоторые лекарства, используемые для лечения инфекций, больше не действуют, а некоторые инфекции остаются неизлечимыми. В нашем исследовании конкретно рассматривались масштабы УПП вокруг исследовательской станции Ротера (управляемой Великобританией) на Антарктическом полуострове.

В целом, наше исследование показывает, что очищенные сточные воды оказывают лишь ограниченное влияние на окружающие морские микробные сообщества.

Однако, когда мы вырастили эти бактерии в нашей лаборатории, мы увидели, что бактерии легко адаптируются к более высоким температурам, что позволяет предположить, что повышение температуры во всем мире может изменить эти микробы. Это означает, что они больше не могут производить некоторые потенциальные продукты, которыми мы можем воспользоваться, например ферменты, адаптированные к холоду, которые эффективно работают при комнатной температуре. Подавляющее большинство промышленных и химических реакций с использованием ферментов часто требуют большого количества энергии для своей работы. Если бы мы могли идентифицировать «адаптированные к холоду» версии этих ферментов и внедрить их в крупномасштабные производственные процессы, мы бы сократили наши потребности в энергии и перешли бы к нулевым выбросам.

Антарктические микробы, возможно, не привлекают такого же внимания общественности, как пингвины, тюлени или киты, но они представляют собой наиболее самобытное биоразнообразие континента. Они также управляют ключевыми экосистемными процессами, от которых зависят эти популярные животные. Поэтому изменения в микробном биоразнообразии могут иметь последствия, выходящие далеко за рамки самих микробов.

Защита этого почти невидимого биоразнообразия от изменения климата и увеличения человеческой деятельности имеет важное значение, если мы хотим сохранить как его экологическую ценность, так и его будущий потенциал.

Авторы не работают, не консультируют, не владеют акциями и не получают финансирования от какой-либо компании или организации, которым может быть полезна эта статья, и не раскрыли никакой соответствующей принадлежности, кроме своей научной должности.

/С разрешения «Разговора». Этот материал от исходной организации/автора(ов) может иметь характер на определенный момент времени и быть отредактирован для ясности, стиля и объема. Mirage.News не занимает институциональных позиций или сторон, и все взгляды, позиции и выводы, выраженные здесь, принадлежат исключительно автору(ам).