Представьте себе тёмные, холодные глубины океана, где давление способно сокрушить сталь. Кажется, что жизнь здесь едва теплится. Но именно там, в иле на морском дне, разворачивается драма планетарного масштаба. Учёные обнаружили нечто поразительное: живую электрическую сеть, собранную из крошечных микроорганизмов. И эта сеть — один из самых эффективных и незаметных защитных механизмов нашей планеты.
Её главная задача? Обезвреживать метан — мощнейший парниковый газ, который постоянно просачивается из земных недр.
«Живая электросеть» на дне океана, вольная интерпретация
Давайте начистоту: метан — это серьёзная проблема. Как парниковый газ, он в десятки раз эффективнее удерживает тепло, чем всем известный углекислый газ. Океанское дно буквально испещрено местами, откуда он сочится, — так называемыми метановыми просачиваниями. Если бы весь этот газ беспрепятственно достигал атмосферы, климатические последствия были бы катастрофическими.
К счастью, большая его часть не добирается до поверхности. И долгое время для учёных оставалось загадкой, кто или что выступает в роли этого глобального фильтра. Ответ, как оказалось, скрывался в удивительном союзе двух микроскопических созданий.
Измерения сухой проводимости консорциумов ANME/SRB и G. sulfurreducens. (A) Обогащенные культуры консорциумов ANME-1/Desulfofervidus, ANME-2a/Seep-SRB1 и ANME-2a+2c/Seep-SRB1+2, свободные от осадка (слева направо). (B) Схема гребенчатой микроэлектродной решетки (IDA), состоящей из двух рабочих электродов шириной 10 мкм, разделенных зазором в 5 мкм. Биомасса высушивалась на IDA для обеспечения физического контакта с поверхностью электрода. Проводимость определялась по линейному наклону вольт-амперной характеристики, измеренной между двумя рабочими электродами. (C) Консорциумы ANME-1/Desulfofervidus, ANME-2a/Seep-SRB1 и ANME-2a+2c/Seep-SRB1+2 и электрогенная биопленка G. sulfurreducens демонстрируют высокую проводимость при высушивании на IDA из оксида индия-олова (ITO), в то время как неэлектрогенные пеллеты планктонных клеток G. sulfurreducens показывают низкую проводимость. Черные пунктирные линии показывают средние значения для точек данных. Репрезентативное изображение световой микроскопии IDA с высушенной биомассой показано над названиями образцов; увеличенные микрофотографии см. на рис. S7. Область, очерченная пунктирной линией на пустом образце (blank), указывает на рабочую область электрода IDA из ITO. Число биологических повторов указано в скобках после названий образцов. (D) Измерения сухой проводимости консорциумов ANME-1/Desulfofervidus на IDA из различных материалов показывают сопоставимые значения проводимости. Черные пунктирные линии показывают средние значения для точек данных. Число биологических повторов указано в скобках после названий материалов. (E) Сухая проводимость консорциумов ANME-1/Desulfofervidus и ANME-2a+2c/Seep-SRB1+2 остается неизменной при фиксации параформальдегидом (PFA), но снижается при нагревании и воздействии кислорода. Сплошные линии представляют собой линейные регрессии нанесенных данных, а заштрихованные области — 95%-ные доверительные интервалы линейных регрессий. Цитирование: Hang Yu et al., Redox conduction facilitates direct interspecies electron transport in anaerobic methanotrophic consortia.Sci. Adv.11,eadw4289(2025).DOI:10.1126/sciadv.adw4289
Автор: Hang Yu et al.Источник: www.science.org
Кто эти герои глубин?
Знакомьтесь с участниками этого союза. С одной стороны — анаэробные метанотрофные археи, или коротко ANME. Это древнейшие одноклеточные организмы, настоящие гурманы, специализирующиеся на поедании метана. Казалось бы, вот и решение! Но есть одна загвоздка.
Расщепляя молекулу метана, архея ANME остаётся с «отходами» — свободными электронами. Это как если бы вы съели яблоко, а огрызок просто некуда было бы выбросить. Накопление этих электронов быстро останавливает весь процесс. Архее жизненно необходимо от них избавиться.
И тут на сцену выходит её партнёр — сульфатредуцирующая бактерия (SRB). В отличие от своего соседа, она совершенно не интересуется метаном. Зато она обожает электроны! Для неё это источник энергии, топливо для жизни.
Получается идеальное партнёрство: один микроб ест метан и производит электроны, а другой с радостью их забирает. Идеальный симбиоз, от которого выигрывает вся планета.
Генератор-коллекторные измерения консорциумов ANME/SRB. (A и B) Схемы ожидаемых результатов для генератор-коллекторных измерений: (A) контрольный фон (blank background), не содержащий проводящего материала, и (B) консорциумы ANME/SRB, содержащие проводящие цитохромы, которые опосредуют перенос электронов через зазор в 5 мкм. Потенциал генераторного электрода смещается в более отрицательную область, восстанавливая редокс-компонент, в то время как коллекторный электрод удерживается при постоянном положительном потенциале, повторно окисляя его. (C и D) Ток, измеренный на генераторном электроде при развертке потенциала от +335 до -265 мВ для (C) контрольного фона (backgrounds) и (D) живых консорциумов ANME/SRB. (E и F) Токи, измеренные на коллекторных электродах, удерживаемых при постоянном потенциале +335 мВ, для (E) контрольного фона (backgrounds) и (F) живых консорциумов ANME/SRB. В совокупности, генератор-коллекторные измерения показывают, что редокс-активные компоненты, соответствующие мультигемовому цитохрому c, в различных консорциумах ANME/SRB способны обеспечивать перенос электронов на микрометровом уровне от генераторных электродов к коллекторным электродам. Цитирование: Hang Yu et al., Redox conduction facilitates direct interspecies electron transport in anaerobic methanotrophic consortia.Sci. Adv.11,eadw4289(2025).DOI:10.1126/sciadv.adw4289
Автор: Hang Yu et al.Источник: www.science.org
Как работает эта живая батарейка?
Но как именно происходит эта передача? Неужели они просто плавают рядом и надеются на случай? Нет, всё гораздо изящнее.
Международная команда учёных, в которую вошли специалисты из США, Китая и Германии, выяснила, что эти два вида микробов физически соединяются друг с другом, образуя плотные конгломераты. А связь между ними обеспечивают особые белки, способные проводить электрический ток.
По сути, они создают миниатюрную биологическую электроцепь. Мох Эль-Наггар, один из ведущих исследователей, описывает это так: «Эти два совершенно разных микроба… связываются в единые, функционирующие электрические цепи». ANME выступает в роли отрицательного полюса «батарейки», отдавая электроны, а SRB — в роли положительного, принимая их. Электричество, порождённое в процессе расщепления метана, течёт от одного организма к другому.
Чтобы доказать это, учёным потребовалось почти девять лет кропотливой работы. Они собирали образцы ила с побережья Калифорнии, из Средиземного моря и других точек планеты, а затем в лаборатории с помощью сложнейших электрохимических методов буквально «подключились» к этим микробным сетям и измерили ток. Результаты подтвердили — система работает.
Редокс-свойства цитохромов у модельных электроактивных организмов и синтрофных консорциумов. Пути переноса электронов и восстановительные потенциалы ключевых компонентов в (A) Geobacter, (B) Shewanella, (C) синтрофных консорциумах SRB и метаногенов, основанных на межвидовом переносе водорода, и (D) синтрофных консорциумах ANME и SRB, основанных на прямом межвидовом переносе электронов. Черные линии указывают на среднеточечные восстановительные потенциалы. Серые полосы указывают на диапазоны восстановительных потенциалов мультигемовых цитохромов. Среднеточечные восстановительные потенциалы цитохромов более положительны, чем у их акцепторов электронов, но их широкие редокс-активные диапазоны позволяют реакциям протекать. (E) Сводные данные по диапазонам восстановительных потенциалов показывают увеличение размера диапазона с увеличением числа гемов в очищенных цитохромах. Крупный мультигемовый цитохром c (MHC) в консорциумах ANME/SRB может иметь еще более широкие редокс-активные диапазоны для облегчения переноса электронов к акцепторам электронов в широком диапазоне восстановительных потенциалов. Цитирование: Hang Yu et al., Redox conduction facilitates direct interspecies electron transport in anaerobic methanotrophic consortia.Sci. Adv.11,eadw4289(2025).DOI:10.1126/sciadv.adw4289
Автор: Hang Yu et al.Источник: www.science.org
Что это значит для нас?
Это открытие — больше чем просто любопытный факт из жизни микробов. Оно меняет наше представление о том, как функционируют глобальные экосистемы.
Во-первых, мы теперь знаем, что на дне океана действуют невидимые стражи, которые играют ключевую роль в регулировании климата. Их работа по фильтрации метана — это естественный процесс, который миллиарды лет помогает поддерживать баланс на Земле. Как отмечает Виктория Орфан, соавтор исследования, «микробы, даже в самых отдаленных уголках планеты, взаимодействуют сложнейшими способами, влияя на процессы планетарного масштаба».
Во-вторых, понимание этого механизма открывает дорогу для новых биотехнологий. А что, если мы научимся создавать или стимулировать такие микробные сообщества там, где утечки метана особенно велики? Например, на свалках, в сельском хозяйстве или на объектах нефтегазовой добычи. Это может стать одним из инструментов в борьбе с изменением климата.
Эта история — прекрасное напоминание о том, как мало мы всё ещё знаем о мире под нашими ногами (или, в данном случае, под толщей воды). В невидимом мире микробов скрыты решения сложнейших проблем, и наша задача — продолжать их искать. Ведь, как оказалось, самые эффективные технологии иногда созданы не человеком, а самой природой.
