Морская экспедиция продемонстрировала удивительное разнообразие жизни в океане

В сентябре 2009 года из французского порта Лорьян вышла 36-метровая шхуна "Тара", положив начало масштабному проекту по изучению морских планктонных сообществ Tara Oceans. За три с половиной года международная команда учёных собрала более 35 тысяч образцов живых организмов, пытаясь построить целостное представление о жизни в верхних слоях Мирового океана.

Первые результаты исследования были представлены в пяти статьях, опубликованных в специальном выпуске издания Science. Они включают в себя каталог более чем 40 миллионов микробных генов, большинство из которых было ранее неизвестно, и 5 тысяч генетических типов вирусов. Поразительно, но этот массив информации был получен на основании анализа лишь 600 образцов.

Микроскопический планктон производит половину всего кислорода, который образуется на нашей планете в процессе фотосинтеза. Но при этом наука знает об этих организмах очень мало. До сих пор были описаны 4350 видов микроводорослей, 1350 видов простейших и 5500 видов мелких морских животных. Но первые данные нового генетического анализа показывают, что реальное биологическое разнообразие в каждой из этих групп может быть от трёх до девяти раз больше наших современных представлений. С вирусными сообществами разница может оказаться ещё более заметной. Так из 5 тысяч вирусных популяций, обнаруженных в первых обработанных пробах, лишь 39 похожи на ранее описанные виды.

"Это не удивительно, что океаны содержат такое большое число организмов с такой огромным генетическим разнообразием, — говорит эколог Джек Гилберт (Jack Gilbert) из Аргоннской национальной лаборатории. — Более важно то, как генетическая база данных может быть использована для прогнозирования экологических взаимосвязей между микробами, и как морские экосистемы отвечают на изменения окружающей среды".

"Вместо того чтобы изучать один вид, организм или молекулу, мы пытаемся понять поведение всей системы", — добавляет директор проекта Эрик Карсенти (Eric Karsenti), из Европейской лаборатории молекулярной биологии в Гейдельберге.

Учёные извлекли фрагменты ДНК из всех организмов, обнаруженных в пробах. Затем они секвенировали и проанализировали генетические последовательности с помощью специальных программ, чтобы определить, сколько разных видов попало к ним в руки. Этот подход под названием метагеномика позволяет делать выводы о функциях тех или иных генов, даже если материнский организм не может быть изолирован или получен в лаборатории.

Анализ позволил определить степень влияния на морские экосистемы различных факторов среды. Так, оказалось, что температура воздействует на структуру микробных сообществ гораздо сильнее, чем солёность и содержание кислорода.

Но наиболее интересно то, что исследователи использовали генетические данные для прогнозирования взаимодействий между отдельными организмами. Например, на основании анализа генов они предсказали симбиотическое взаимодействие червя из рода Symsagittifera и микроводоросли рода Tetraselmis, а затем подтвердили свои догадки, обнаружив одноклеточные организмы внутри червей с помощью микроскопа.

Всего за три с половиной года, которые длилась экспедиция, в ней приняли участие более 160 учёных при поддержке трёх десятков научных центров и правительственных организаций из Европы, Азии и Америки (помощь проекту оказывали даже американское и европейское космические агентства).

Впереди у команды ещё много работы, ведь большая часть данных только ждёт анализа. Но даже те результаты, которые уже выложены в свободный доступ, открывают огромные перспективы для специалистов по биоинформатике во всём мире. Кроме того, сведения о составе и взаимодействии планктонных сообществ можно сопоставлять с океанографическими моделями для более глубокого понимания глобальных процессов, протекающих в Мировом океане.