СИМБИОЗ КРЕПЧЕ ГОРНЫХ ПОРОД

Еще несколько лет назад международная группа ученых, в состав которой входят биологи Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики Уральского отделения РАН (Архангельск), обнаружила ранее не известных науке моллюсков-бурильщиков, обитающих в пресных водах. Прежде считалось, что вод-ные организмы, способные разрушать скалы, камни и коралловые рифы (процесс макробиоэрозии горных пород), свойственны только морским экосистемам (моллюски, ежи и губки). Однако моллюски-бурильщики вида Lignopholas fluminalis приспособлены к жизни не только в соленой, но и в пресной воде.

Пресноводная популяция этих существ была найдена исследователями в Мьянме в реке Каладан (штат Ракхайн в западной части страны, на границе с Бангладеш). Эти моллюски протачивают отверстия и ходы в горных породах, разрушая их и превращая в песок, так же эффективно, как их морские «собратья», относящиеся к этому же виду.

Морские моллюски используют два механизма разрушения — химический, когда организм выделяет растворяющую известняк кислоту, и механический, когда моллюск использует твердую раковину, как сверло. Очевидно, такое поведение мотивировано эволюционными факторами, связанными с самосохранением вида.

— Таким способом моллюски создают себе укрытия, — объясняет директор ФИЦКИА УрО РАН, член-корреспондент Иван Болотов. — Жить открыто на каменной плите или скальном обрыве опасно. А если забуриться в отверстие, то ты будешь защищен от хищников. Угроза быть съеденным фактически вынуждает моллюсков уходить вглубь горных пород. Кроме того, моллюски осваивают никем не занятую экологическую нишу — в пресной воде у них нет конкурентов-бурильщиков.

Как отмечают биологи ФИЦКИА УрО РАН, пресноводное сообщество бурильщиков, вероятно, формировалось в эстуарии — затопляемом соленой водой устье реки Каладан, расширяющемся в сторону Бенгальского залива (Индийский океан). По мере подъема блока земной коры, которое началось предположительно 10–15 тысяч лет назад, эстуарий все больше отдалялся от моря. Сейчас место обитания пресноводных бурильщиков находится на высоте 11 метров над уровнем моря. Приливы не достигают этой отметки.

При этом моллюски — не единственные представители морской фауны, которым удалось адаптироваться к пресной среде. Целое сообщество «бывших морских» организмов обитает в пробуренных отверстиях и на поверхности камней. По мнению архангельских ученых, адаптация от типично морской среды к типично пресноводной стала возможной за счет длящегося тысячелетиями тектонического подъема и сопутствующего плавного опреснения воды в эстуарии — резкое изменение среды обитания вызвало бы гибель организмов.

Пресноводная линия Lignopholas fluminalis освоилась в силикатных горных породах, что несвойственно морским бурильщикам: обычно они обитают в более мягких известняковых структурах или затопленных торфяниках.

Изучая этот феномен, международная группа ученых начала исследовать механизм, который помогает моллюскам разрушать твердые, химически устойчивые силикаты. Раковина пресноводных бурильщиков сформирована из карбонатов (известняков), имеющих более мягкую структуру, нежели силикатные породы, в которых мягкотелые умудряются делать ходы и отверстия.

— Вначале мы предположили, что моллюски избирательно поглощают из пресной воды определенные микроэлементы и «встраивают» их в свою раковину, формируя таким образом что-то вроде композитного сверла, — рассказывает Иван Болотов. — Мы полагали, что микроэлементы выполняют роль неких присадок, которые позволяют карбонату в раковине стать тверже силикатных пород. Но затем, анализируя состав раковин у бурильщиков и у небурильщиков, мы не обнаружили различий. Тогда мы стали изучать полости пробуренных в горных породах ходов.

Между моллюском и поверхностью породы ученые обнаружили полимерную пленку, имеющую белковую составляющую и напоминающую клейкую слизь. К этой пленке крепятся зерна кварца и полевых шпатов, и к тому же она оказалась очень сильно обогащена марганцем.

— Это симбиотическая связь: мы обнаружили, что поверхность раковины бурильщика покрыта слизью, которая содержит в себе бактерии, — объясняет директор ФИЦКИА УрО РАН. — Эта же слизистая пленка покрывает поверхности пробуренных отверстий. Живущие в пленке бактерии избирательно поглощают из породы марганец, нарушая структурную целостность силиката. Плотная порода в месте контакта с пленкой разрушается, превращаясь в рыхлый конгломерат.

Биополимерная пленка отдаленно напоминает скотч-ленту клейкой стороной наружу. То, что бактерии не могут растворить в конгломерате породы (например, зерна кварца и полевого шпата), приклеивается к пленке. Получается нечто вроде мягкой наждачной бумаги, покрывающей раковину моллюска. Такие биополимерные наждачные «доспехи» вкупе с бактериями-симбионтами, поглощающими марганец из породы, и позволяют моллюску-бурильщику с мягкой карбонатной раковиной проделывать отверстия в твердой силикатной породе. «Можно сказать, что пресноводная группировка Lignopholas fluminalis приспособилась к новым условиям жизни в симбиозе с микроорганизмами», — делают вывод ученые.

В научной статье, вышедшей в престижном журнале Scientific Reports (издательская группа Nature), биохимические процессы описаны с помощью сложных формул. Как отмечает Иван Болотов, следующим этапом работы должно стать подробное метагеномное исследование бактерий (расшифровка ряда генов у всех бактерий, которые живут в биополимерной пленке бурильщика).

Отметим, работа по данному направлению стала возможной благодаря российско-французскому гранту, предоставленному Минобрнауки России и Министерством Европы и иностранных дел Франции в рамках партнерской программы Юбера Кюрьена — А.Н. Колмогорова «Микроэлементный состав раковин пресноводных моллюсков: индикатор условий окружающей среды и возможный инструмент для таксономической идентификации» (руководитель И.Н. Болотов). Со стороны иностранных партнеров в исследовании принимают участие ученые из Университета Тулузы.