Микроорганизмы полярных океанических вод и морского льда
70% поверхности Земли покрыто водой, 90% которой имеет температуру ниже 5*C [ 87 ]. На большей части территории Антарктики температура морской воды не превышает -1,8*C [ 88 ]. Интерес научного сообщества к изучению разнообразия микроорганизмов в Южном океане значительно возрос за последние несколько лет, т.к. из-за роста температуры воды в ответ на повышение средней температуры атмосферы, происходит изменение состава микробного сообщества, что в свою очередь приводит к сдвигу в биогеохимических циклах [ 89 ].
Бактериопланктон является самой многочисленной группой организмов в полярных морских водах Арктики и Антарктики. Схожие филогенетические группы бактерий населяют моря низких широт. Среди них самыми многочисленными являются представители классов Alphaproteobacteria , Gammaproteobacteria , Actinobacteria и Bacteroides [ 90 , 91 ]. Многие роды бактерий, такие как Pelagibacter , Roseobacter и Sulfitobacter были найдены в морях на обоих полюсах планеты, что указывает на важную роль, которую эти бактерии могут играть в экосистемах полярных морей. Кроме вышеуказанных родов, к характерным бактериям Южного океана можно отнести бактерии классов Alphaproteobacteria ( Paracoccus , Roseobacter , Octadecabacter , Methylarcula и Ketogulonigenium ), Gammaproteobacteria ( Psychrobacter , Pseudoalteromonas ) и Actinobacteria ( Rhodococcus , Arthrobacter , Planococcus , Janibacter ) [ 92 ].
Таксономический состав бактерий в полярной морской воде изменяется с глубиной: ближе к поверхности воды преобладают Gammaproteobacteria (в основном порядки Oceanospirillales , Vibrionales и Alteromonadales ), Bacteroidetes (в основном Polaribacter ) и Alphaproteobacteria , в то время как на большей глубине (100 м) преобладают представители Archaea и Gammaproteobacteria [ 89 ]. Кроме того, таксономический состав поверхностных вод значительно отличается в удаленных друг от друга точках Южного океана (удаление до 500 км), т.е. в разных частях Антарктики, по-видимому, формируются отдельные независимые сообщества микроорганизмов морской воды [ 89 ].
Одно из самых заметных отличий полярных морей от других морских экосистем - это наличие морского льда на поверхности воды. Морской лед оказывает огромное влияние на микробные сообщества морской воды, так как препятствует прохождению света в верхние слои воды, а также способствует формированию особой экосистемы на нижней поверхности ледника [ 93 ]. Впервые присутствие бактерий в антарктическом морском льду было показано в 1966 [ 94 ]. Позже, Боуман и соавторы исследовали таксономических состав бактерий морского льда недалеко от австралийской антарктической базы Дэйвис [ 94 ]. Среди них самыми многочисленными были представители Alphaproteobacteria , Gammaproteobacteria , Flavobacterium и Bacteroidеs . Более детальный филогенетический анализ выявил представителей родов Colwellia , Shewanella , Marinobacter , Planococcus , а также представители новых филогенетических групп, близких к Colwellia и Alteromonas , либо не имеющих близких гомологов и определенных лишь с точностью до филума Bacteroidetes . При исследовании состава бактериальных сообществ, населяющих паковые льды Арктики и Антарктики, было показано, что 40% полученных в ходе исследования последовательностей 16S рРНК генов имели ближайших гомологов среди рибосомальных генов известных бактерий полярных и высокогорных снегов [ 95 ]. По утверждению авторов, преобладающими бактериальными таксономическими группами на обоих полюсах являются Alphaproteobacteria , Gammaproteobacteria , а также Bacteroidetes . Исследования, проведенные Брауном и соавторами, подтверждают наличие в морском льду Арктики и Антарктики бактерий, принадлежащих к Bacteroidetes , Alphaproteobacteria , Gammaproteobacteria , Chlamidiales и Verrucomicrobia [ 96 ]. Кроме того, в библиотеках клонов 16S рРНК генов было обнаружено большое количество последовательностей хлоропласт диатомовых водорослей . Диатомовые водоросли играют большую роль в образовании первичной продукции полярных морских вод [ 97 ].
За время изучения микроорганизмов морского льда было охарактеризовано несколько населяющих его новых родов бактерий: род Octadecabacter , близкий к Roseobacter ( Alphaproteobacteria ) [ 98 ]; род Polaromonas ( Betaproteobacteria ), близкий к родам Variovorax и Rhodoferax [ 99 ]. Также предложено несколько новых родов, принадлежащих к филуму Bacteroidetes : Polaribacter (4 новых вида) [ 100 ], Psychroflexus (2 новых вида) [ 101 ] и Gelidibacter (1 новый вид) [ 102 ]. Несмотря на тесную взаимосвязь между морской водой и льдом, бактериальные сообщества, населяющие эти биотопы, различаются довольно существенно [ 103 ].
