Полтора миллиона лет без тепла, еды и света

Жизнь в океанических глубинах не так однообразна, как может показаться на первый взгляд: абсолютная темнота и практически полное отсутствие кислорода совсем не мешают бактериям добывать энергию от гидротермальных источников и из химических соединений. Именно эти «экстремалы», которые отлично себя чувствуют и в таких суровых условиях, заставляют ученых всерьез говорить о существовании внеземной жизни.

Но и экстремофилы зависят от многих факторов окружающей среды. Во-первых, им необходим постоянный источник энергии – вещество, которое можно окислить, будь то упомянутый выход сероводорода или же оседающие на дно органические останки, во-вторых, хотя бы небольшое количество кислорода и, в-третьих, источник углерода, ведь эти обитатели глубин, как и всё живое, построены из органических биополимеров. Так что если изолировать такую популяцию в пробирке, то рано или поздно она сойдёт на нет.

Это рассуждение во многом объясняет удивление ученых, обнаруживших а Антарктике «резервуар», заполненный вполне жизнеспособными бактериями.

Джил Микуцки из Гарвардского университета и её коллеги занимались изучением феномена «кровавых водопадов» в сухих долинах Макмёрдо, когда наткнулись на

живые бактерии, выплескивающиеся на поверхность в насыщенном рассоле с нулевым содержанием кислорода и температурой около –5^o C.

В отличие от льдов над озером Восток, бурить ледник Тейлора в поисках резервуара этого рассола, образовавшегося как минимум 1,5 миллиона лет назад, учёные пока не стали, ограничившись анализом регулярных красно-рыжих выбросов на поверхность Земли.

Авторы публикации в Science стали отнюдь не первыми, кто отправился в сухие долины Макмёрдо в поиске оригинальной жизни. До них упомянутые «кровавые водопады» считались местом «цветения» красных и бурых водорослей. Сами же сухие долины, из-за сверхбыстрых ветров практически не покрывающиеся снегом (около 10 сантиметров в год), считают даже своеобразным аналогом марсианских пустынь.

Несколько миллионов лет назад пустыня была и здесь, а в её центре находилось солёное озеро, которое 1,5 миллиона лет назад заточил под огромными пластами льда ледник Тейлора, изолировав водный резервуар от внешнего мира. Впрочем, среди редких микроорганизмов, собранных на поверхности «кровавых водопадов», наибольшее число видов оказались морскими, что свидетельствует в пользу исконно океанического происхождения когда-то пустынного, а теперь подледникового озера.

Что же касается самого рассола, то он весьма заинтриговал ученых. Во-первых, чтобы оставаться жидкой при –5^oC, вода здесь солонее океанической в 3–4 раза. Во-вторых, Микуцки не удалось найти в ней ни доли кислорода, что ставило под вопрос возможность существования там жизни.

И, тем не менее, жизнь там не только была, но и была представлена несколькими видами бактерий, главная среди которых – Thiomicrospira arctica.

Причём она находилась в подземном резервуаре не в состоянии «спящих» цист, заключенных в плотную оболочку до лучших времен, а в виде очень медленно делящихся бактерий. Период удвоения этой популяции составляет примерно 300 дней, что не идёт ни в какое сравнение с минутами, требующимися гетеротрофам «под ободком унитаза». За 1,5 миллиона лет в озере сменились лишь пара миллионов поколений бактерий!

Не удивительно, что для обмена веществ в таких уникальных условиях и ферментная система требуется соответствующая: обычное окисление серы кислородом или бескислородный фотосинтез с заменой кислорода на ту же серу или мышьяк попросту невозможны.

Как выяснилось, энергию тиомикроспиры получают благодаря сере и железу.

Первая поэтапно превращается из сероводорода в сульфат, второе же выступает в роли кислорода, переходя из трёхвалентного в двухвалентное состояние.

Детали этого процесса, равно как и механизмы замыкания энергетического кольца, позволяющие восстанавливать уровень сульфата, ученым ещё предстоит установить. Они и должны объяснить уникальность жизни «кровавых водопадов».

Продемонстрированная учёными способность жизни существовать миллионы лет под толстым слоем льда – без света, сколько-нибудь заметного тепла и с очень необычным метаболизмом – даёт надежду, что нечто подобное можно будет встретить и за пределами Земли – под поверхностью Марса или в жидком океане под ледовой оболочкой спутника Юпитера Европы. Не исключено, что примерно так выглядела и большая часть жизни на Земле около 700 миллионов лет назад, когда, по косвенным геологическим данным, ледовые шапки нашей планеты могли смыкаться на экваторе в единое целое.