Антарктические микроорганизмы выживают при -20°C за счет аэротрофии, влияя на глобальный цикл водорода

Почвенные микроорганизмы в Восточной Антарктиде демонстрируют способность поддерживать метаболическую активность в условиях экстремально низких температур, достигающих -20°C, посредством процесса, известного как аэротрофия. Этот механизм основан на получении энергии путем окисления следовых количеств атмосферного водорода и монооксида углерода. Исследования, проведенные учеными в период с 2022 по 2024 год, подтвердили, что эти микробы функционируют как первичные продуценты, не зависящие от фотосинтеза, что критически важно для их существования в условиях полярной ночи.

Метаболическая активность этих антарктических видов была зафиксирована даже при температурах до 75°C, что свидетельствует об исключительной термотолерантности их ферментных систем. Эта устойчивость приобретает особую актуальность в контексте 2026 года, поскольку расширение аэротрофных процессов в условиях меняющегося климата может существенно трансформировать глобальный цикл водорода. Согласно имеющимся оценкам, эти микроорганизмы уже сейчас потребляют приблизительно 82% всего водорода, циркулирующего в атмосфере Земли.

Ученые из Университета Нового Южного Уэльса, а также университетов Квинсленда и Монаша ранее установили, что гены этих бактерий кодируют ферменты, способные улавливать из воздуха водород, монооксид углерода (СО) и углекислый газ (СО2). Из СО2 они синтезируют биомолекулы, получая энергию путем окисления СО до CO2, что по сути означает, что они «питаются воздухом». Понимание механизмов выживания в таких экстремальных условиях, где органического вещества крайне мало, открывает новые горизонты для астробиологии, предполагая возможность процветания жизни в суровых средах на других планетах.

Ежегодно из недр планеты в атмосферу поступает от 40 до 130 миллионов тонн водорода, и микроорганизмы играют роль в его миграции и утилизации. В отличие от промышленного производства водорода, требующего значительных энергетических затрат, антарктические микробы демонстрируют естественный, низкотемпературный и энергоэффективный способ его потребления. Эта естественная утилизация подчеркивает фундаментальную роль этих микроорганизмов в планетарных биогеохимических циклах.

Для поддержания функциональной активности клеточных мембран при низких температурах бактерии модифицируют состав липидов, включая короткоцепочечные и ненасыщенные жирные кислоты. Это адаптационное свойство позволяет им сохранять жидкостно-кристаллическое состояние, что критически важно для продолжения роста и метаболизма в условиях, где основная почвенная микрофлора, как принято считать, переходит в анабиоз при температуре ниже +5°C. Таким образом, антарктические аэротрофы представляют собой уникальную модель для изучения пределов микробной жизнеспособности и их неявного влияния на глобальный газовый баланс.