Биоэрозию силикатов мягкотелым помогает обеспечивать симбиотическая связь с микроорганизмами
В 2015 году международная группа учёных, в состав которой входят биологи Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики Уральского отделения РАН (Архангельск) обнаружила ранее неизвестных науке моллюсков-бурильщиков, обитающих в пресных водах. Прежде считалось, что водные 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 не только к жизни в солёной, но и в пресной воде.
Пресноводная популяция Lignopholas fluminalis 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 твёрдую 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 РАН Иван Болотов. – Жить открыто на каменной плите или скальном обрыве опасно. А если забуриться в отверстие, то ты будешь защищён от хищников. Угроза быть съеденным хищником фактически вынуждает моллюсков Lignopholas fluminalis 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 солёной водой устье реки Каладан, расширяющемся в сторону моря (Бенгальского залива). По мере подъёма блока земной коры, которое началось предположительно 10-15 тысяч лет назад, эстуарий всё больше отдалялся от моря. Сейчас место обитания пресноводных бурильщиков находится на высоте 11 метров над уровнем моря. Приливы не достигают этой отметки.
При этом морские моллюски – не единственные представители фауны, которым удалось адаптироваться к пресной среде. Целое сообщество «экс-морских» организмов обитает в пробуренных отверстиях и на поверхности камней. По мнению архангельских учёных, адаптация от типично морской среды к типично пресноводной стала возможной за счёт длящегося тысячелетиями тектонического подъёма 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 не свойственно морским бурильщикам. Обычно они обитают в более мягких известняковых структурах или затопленных торфяниках.
Изучая этот феномен, международная группа учёных начала исследовать механизм, который помогает моллюскам разрушать твёрдые, 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.
– Первоначально мы предположили, что моллюски избирательно поглощают из пресной воды определённые 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 твёрже 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 учёные обнаружили полимерную плёнку, имеющую белковую составляющую и напоминающую клейкую слизь. К этой плёнке крепятся зёрна кварца и полевых шпатов. Ещё один феномен – плёнка 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 плёнке бактерии избирательно поглощают из породы марганец, нарушая структурную целостность силиката. Плотная порода в месте контакта с плёнкой разрушается, превращаясь в рыхлый конгломерат.
Биополимерная плёнка отдалённо напоминает скотч-ленту клейкой стороной наружу. То, что бактерии не могут растворить в конгломерате породы (например, зёрна кварца и полевого шпата), приклеивается к плёнке. 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 твёрдой силикатной породе. «Можно сказать, пресноводная группировка Lignopholas fluminalis приспособилась к новым условиям жизни в симбиозе, в дружбе с микроорганизмами», – делают вывод учёные.
В научной статье, вышедшей в престижном журнале Scientific Reports ht (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 партнёрской программы Юбера Кюрьена – А.Н. Колмогорова № 05.616.21.0114 «Микроэлементный состав раковин пресноводных моллюсков: индикатор условий окружающей среды и возможный инструмент для таксономической идентификации» (руководитель И.Н. Болотов). В исследовании принимают участие учёные из Университета Тулузы.
