Микробные сообщества и потенциал биоминерализации в горном многолетнеммерзлом грунте ледяной пещеры Дево в Центральных Пиренеях

Скрытая жизнь в мире, который исчезает

Высоко в Центральных Пиренеях малоизвестная ледяная пещера Дево тихо уменьшается в размерах по мере потепления климата. Внутри этой замёрзшей полости учёные обнаружили богатые сообщества микробов, живущих в льду, которому могут быть тысячи лет. Эти крошечные обитатели не только выживают в постоянном холоде и темноте; они также могут способствовать образованию хрупких минеральных образований, сохраняющих запись о прошлом климате. Понимание работы этой скрытой экосистемы даёт представление о будущем горной многолетней мерзлоты, подсказки о жизни в других экстремальных условиях и даже вдохновляет на новые способы использования микробов в технологиях.

Пещера с тремя типами льда

Пещера Дево расположена чуть ниже той высоты, где годовой средний температурный режим воздуха колеблется около нуля. Её внутреннее пространство разделено на разные зоны: текущая речная вода и капающая вода у входа, сезонный лёд, который тает и снова замерзает каждый год, и более глубокие тела многолетнего льда, сохраняющиеся из года в год. Исследователи взяли образцы из всех трёх сред — жидкой воды, сезонного льда и долговременного льда — чтобы сравнить их химию и живые сообщества. Они обнаружили, что основным фактором, разделяющим образцы, было состояние воды: жидкие речные и капающие воды химически отличались от льда, особенно по содержанию углерода и основных ионов, что подтверждает, что каждая часть пещеры представляет собой отдельную среду для жизни.

Странные минералы, формируемые микробами

В пещере Дево встречается набор необычных минералов, называемых криогенными карбонатами пещер, которые образуются, когда вода замерзает и выталкивает растворённые вещества в небольшие карманы остающейся жидкости. По мере того как эта рассолённая жидкость становится более концентрированной, кристаллизуются минералы, такие как кальцит, арагонит, ватарит, обогащённый магнием кальцит и несквехонит. С помощью высокоразрешающей электронной микроскопии команда наблюдала глобулярные и игловидные карбонатные структуры, которые по форме напоминают минералы из других пещер, где известно влияние микробов. Микробные слизистые слои и поверхности клеток могут служить каркасом, на котором зарождаются и растут кристаллы минералов, особенно при слабощелочных условиях, богатых кальцием и магнием. Эти наблюдения указывают на то, что минералы Дево — это не просто продукт простого замерзания, но и результат биологической активности.

Сообщества, процветающие в холоде и темноте

Чтобы выяснить, кто населяет эту замёрзшую среду, учёные секвенировали генетические маркеры бактерий, архей и микроэукариот (включая грибы и водоросли). Они обнаружили более 9000 различных генетических вариантов, где доминировали бактерии такие как Proteobacteria, Actinobacteria и Patescibacteria — группы, часто встречающиеся в холодных и бедных питательными веществами средах. Жидкая вода и сезонный лёд у входа содержали больше организмов, склонных к свету, включая цианобактерии и зелёные водоросли, что соответствует их периодическому воздействию солнечного света. В отличие от этого, глубокий многолетний лёд был обогащён микробами, адаптированными к темноте и дефициту ресурсов, включая роды вроде Lysobacter, способные расщеплять сложную органику. Грибные роды, такие как Penicillium и Cladosporium, также были многочисленны, вероятно, перерабатывая небольшие количества доступного органического материала. Удивительно, что более половины эукариотических последовательностей не удалось сопоставить с известными организмами, что подчёркивает большой резервуар «микробной тёмной материи», ещё не описанной наукой.

Метаболические приёмы, способствующие образованию минералов

Помимо систематизации видов, команда использовала как нацеленные генетические сканирования, так и полное метагеномное секвенирование, чтобы сделать выводы о возможных функциях этих микробов. В многолетнем льду они нашли гены, связанные с фиксацией углерода, ферментацией, метаболизмом метана и круговоротом азота и серы — все ключевые части скрытой химии пещеры. Критично, были идентифицированы гены для ферментов, известных тем, что стимулируют образование минералов: уреазы и аммиачные лиазы, которые локально повышают pH, и карбоангидразы, ускоряющие превращение углекислого газа в карбонатные ионы. Также обнаружены пути для восстановления нитрата и сульфата — процессы, меняющие химию воды и благоприятствующие осаждению карбонатных и сульфатных минералов. Хотя обилие этих генов невелико и прямая активность не измерялась, их наличие вместе с формами минералов, увиденными под микроскопом, сильно поддерживает идею о том, что микробы Дево способствуют бактериями-индуцированному осаждению минералов в течение длительных временных интервалов.

Почему эти замёрзшие микробы важны

Пещера Дево показывает, что даже в казалось бы безжизненных массах горного льда выживают сложные микробные сообщества, которые тонко преобразуют своё окружение. Каждая среда — текущая вода, сезонный лёд и древний многолетний лёд — обладает собственным набором организмов и химических условий, и вместе они влияют на то, какие минералы образуются и как они растут. Для неспециалистов ключевая мысль состоит в том, что микробы могут выступать тихими инженерами подземного мира, оставляя минеральные «отпечатки», сохраняющие сведения о прошлых условиях. По мере сокращения пермафроста и ледяных пещер вследствие изменения климата такие исследования запечатлевают исчезающий архив как климатической истории, так и биологического разнообразия, одновременно предлагая аналогии для ледяных сред на других планетах и спутниках, где подобные микробно-минеральные союзы однажды тоже могут быть обнаружены.

Цитирование: Muñoz-Hisado, V., Bartolomé, M., Osácar, M.C. et al. Microbial communities and biomineralization potential within mountain permafrost of the Devaux ice cave in the Central Pyrenees. Sci Rep 16, 6232 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37305-4

Ключевые слова: ледяные пещеры, микробная жизнь, биоминерализация, многолетняя мерзлота, криогенные минералы