Итоги № 11 (2013)

Допотопная жизнь / Парадокс

Допотопная жизнь

/ Парадокс

В знаменитом озере Восток ученые нашли древнюю бактерию, которая выжила вопреки всем земным законам

Специалисты из Арктического и антарктического научно-исследовательского института (ААНИИ) и Петербургского института ядерной физики (ПИЯФ) заявили об обнаружении совершенно нового вида бактерии в глубинах подледного озера Восток, что в Антарктиде.

Поиск этой формы жизни был труден и долог. И если исчислять все эти трудности в деньгах, то это, возможно, самая дорогая бактерия на земле. Дело в том, что для ее поиска понадобилось почти 23 года: столько времени наши ученые бурили скважину глубиной около четырех тысяч метров в антарктическом ледяном панцире, под которым полностью скрыто озеро. Бурение несколько раз останавливали по различным причинам. Но 5 февраля прошлого года зимовщики с полярной станции «Восток» торжественно объявили, что поверхность озера достигнута. Именно тогда с бурового снаряда сняли небольшое количество влаги и отправили ее на исследование в Санкт-Петербург.

Озеро кислоты

Всего ученым досталось 395 миллилитров воды. Поначалу ее исследование не принесло значимых результатов, поскольку она была сильно загрязнена авиационным керосином, который использовался в процессе бурения. Завгруппой криоастробиологии лаборатории генетики эукариот ПИЯФ Сергей Булат оценил, что в привезенном в мае 2012 года в лабораторию образце озерная вода и буровая жидкость содержались в соотношении примерно один к одному. После отделения керосина чистой воды осталось всего 150 миллилитров. Над ней и предстояло работать ученым, чтобы узнать, есть ли в подледном озере жизнь или оно полностью стерильно.

Наличие жизни в водах озера Восток до сих пор было под большим вопросом. Пока что единственное, о чем знают ученые, — сверхизбыток кислорода. Известный американский астробиолог Крис Маккей подсчитал, что нижний предел содержания кислорода в воде озера Восток составляет 700 миллиграммов на литр, а верхнее значение может составлять 1,3 грамма на литр. При этом литр обычной воды, которая, например, стекает из альпийских ледников, содержит около 14 миллиграммов кислорода.

Остальные характеристики озерной воды станут известны позже. В мае из Антарктиды привезут пробы, взятые в этом году с глубин 3406—3460 метров. Тем не менее перенасыщенность озера кислородом позволяла ученым говорить о том, что там, на глубине, все слишком окислено и жизни быть не может. Концентрация кислорода — ключевой фактор. Остальные для земных бактерий не настолько критичны. Например, температура воды в озере составляет около минус трех градусов. «В океане даже теплее, — говорит Булат. — Давление — 400 атмосфер. Но в Марианской впадине оно больше тысячи, и там есть жизнь. А вот кислорода в океане либо мало, либо почти нет у дна, а жизнь есть».

Так называемая нулевая гипотеза ученых заключалась в том, что озеро стерильно, потому что они не знали форм земной жизни, которые могут адаптироваться к такому содержанию кислорода. И вдруг нашли ее.

Несравнимая

Специалистам предстояло не просто изучить под микроскопом полученную воду, но и отделить попавшие туда при бурении поверхностные бактерии от озерных «аборигенов». «Следует отметить, что технология применения современных исследований методами молекулярной биологии предполагает очень сложный, кропотливый процесс, связанный не только с чисто лабораторными, высокоточными анализами, но и с подробным сопоставлением полученных результатов с известными мировыми банками данных ДНК-последовательностей микроорганизмов», — отмечают специалисты ААНИИ.

Собственно научные изыскания по этой проблеме начались давно. С 1999 по февраль 2013 года специалисты лаборатории генетики эукариот создавали специальную библиотеку контаминантов, или загрязнителей, где собрали 235 последовательностей ДНК бактерий, которые могли естественным или искусственным путем попасть в образцы воды из озера. В это собрание вошли образцы всех микроорганизмов, которые содержатся в буровой жидкости или могли попасть от самих ученых. Когда пробы воды из озера привезли в лабораторию, начались эксперименты: предстояло выделить все последовательности ДНК, находящиеся в ней, и отмести уже известные. И чуть менее чем через год работы ученых ждал сюрприз.

Анализ воды позволил выявить группу бактерий, которая прошла все стадии контроля на контаминацию. То есть ученые уверены, что эта бактерия не привнесена в ходе бурения. Более того, специалисты пробили найденную молекулу ДНК по всем мировым базам данных типа GenBank, содержащим информацию обо всех известных земных микроорганизмах. Там не просто не нашлось совпадений на уровне вид — род — семейство, но ДНК не удалось идентифицировать даже на уровне крупного раздела царства бактерий — филума.

К сожалению, более подробной информации о найденной бактерии, кроме того что она уникальна, пока получить нельзя. Ученые ничего не могут сказать о ее физиологии и биохимии, способах извлечения энергии и синтеза органического вещества, устойчивости к холоду или высокому содержанию кислорода. Для этих исследований микроорганизм нужно культивировать, то есть размножить на питательных средах и изучить под микроскопом. Подобное в ближайшее время невозможно, во-первых, из-за того, что исследователям пока доступна только цепочка ДНК — молекула жизни бактерии, а не сам микроорганизм, во-вторых, в обычных земных условиях его культивирование просто нельзя осуществить. «Условия в озере настолько уникальны, что их практически невозможно воспроизвести в лаборатории», — говорит Сергей Булат. По этой же причине ученые призывают не опасаться того, что найденная бактерия может как-то воздействовать на земных обитателей, — она просто не выживет на поверхности планеты.

Но как она выжила подо льдом, тоже пока остается загадкой. Ученым достаточно хорошо известна история озера Восток. Некогда оно располагалось на суперматерике Гондвана, который раскололся, и часть его с озером начала смещаться на юг — туда, где сейчас расположена Антарктида. Там было огромное сообщество не только бактерий, но и водорослей, простейших, рачков, рыб, тюленей, может быть, даже динозавров. Со временем озеро стало покрываться льдом и полностью закрылось около 14 миллионов лет назад. Жизнь здесь постепенно вымирала из-за уникальной особенности озера накапливать кислород, поступающий из тающего ледника в северной части. Сначала бактерии выдерживали высокое содержание кислорода в воде, а потом погибли. Возможно, нашлась группа, может быть, один вид, который выжил. «Пока мы нашли один вид, но предполагаем, что их должно быть несколько», — говорит Сергей Булат. Может быть, бактерия попала туда позже, например, из тающего ледника или по неким подледным каналам из океана?

Астробиолог напрочь отрицает подобную возможность: «Мы изучили уже весь ледник, он стерильный, и снег вокруг тоже стерильный. Гипотеза о законсервированной жизни в ледовых шапках уже опровергнута. Все, что может падать, — только от человека, а там до 1950 года людей не было».

Кроме того, исследования гляциологов показали, что Восток не связан ни с одним из других озер Антарктиды, ни тем более с океаном. Получается, что найденная бактерия выжила и смогла за 14 миллионов лет эволюционировать так, чтобы выдерживать смертельную для любого микроорганизма среду обитания. Такие условия ученые называют космическими — потому что на Земле их попросту нет. Но, возможно, они есть еще где-то во Вселенной?

Специалисты не могут ни опровергнуть, ни подтвердить это предположение, однако Сергей Булат считает, что изучение найденного микроорганизма приблизит человечество к ответу на вопрос: может ли существовать внеземная жизнь? По крайней мере, даст шанс понять, как эволюционирует жизнь там, где существуют подледные океаны. Таких объектов в пределах Солнечной системы известно четыре: ледовые спутники Юпитера — Европа, Ганимед и Калисто, а также Сатурна — Энцелад. Нельзя исключать, что экспедиция на Ганимед, намеченная на 2022 год, как раз и найдет там «кузин» бактерии, обнаруженной в Антарктиде.