Астробиологическое открытие ведёт насыщенную ядом жизнь
NASA предъявило научному сообществу «астробиологическое открытие, которое повлияет на поиск свидетельств внеземной судьбе». Учёные нашли и изучили микробы, каковые в собственном рационе надеются на мышьяк и применяют данный токсичный элемент для постройки клеток. Получается, в случае если жизнь закусывает смертью, внеземная может выбросить чего и похлеще?
Все живые организмы отечественной планеты строятся из шести «кирпичиков»: углерода, водорода, азота, кислорода, серы и фосфора (CHNOPS). Фосфор в фосфат-иона (PO43-) входит в базу структур ДНК и РНК, определяет транспорт веществ через мембрану клетки, занимает важное место в обмене энергии.
Биологи полагали, что CHNOPS – база судьбы во Вселенной. Но кое-какие учёные однако задавались вопросом: из-за чего на место «первой шестёрки» не смогут подняться другие химические элементы. Так, мышьяк (As), химически близкий к фосфору, имел возможность бы делать его функции.
Однако данный элемент для любой формы судьбы есть ядом.
Храбрецы нынешнего изучения, стойкие бактерии, обитали в калифорнийском озере Моно (Mono Lake), известного своими страшными условиями: высокой щёлочностью и солёностью, и повышенным содержанием мышьяка (фото NASA).
Однако AsO43- имеет ту же структуру, что и фосфат-ион, образует похожие связи. Соответственно, он теоретически может внедриться на чужое место.
Твёрже вторых эту позицию отстаивала геомикробиолог Фелиса Волф-Саймон (Felisa Wolfe-Simon) из NASA. «Мы знаем, что кое-какие микробы дышат мышьяком», — заявила она ещё в 2006 году. В 2008-м учёные нашли червей, питающихся тяжёлыми металлами. В 2009-м догадку существования «судьбы на мышьяке», выдвинутую Фелисой со товарищи, опубликовал International Journal of Astrobiology.
Предстоящие выступления разрешили «металлической Лизе» собрать около себя единомышленников, каковые искали не просто толерантных к мышьяку существ, но тех, что имели возможность извлечь из его применения биологическую пользу. Так началось изучение самых необычных уголков планеты, одним из которых было озеро Моно.
По-своему неповторимое озеро стало таким из-за изоляции: питьевая вода не действовала в него последние 50 лет. Но водоём всегда подпитывали мышьяком минералы, входящие в состав пород соседних гор.Внизу: доктор и Фелиса Рональд Ормленд (Ronald Oremland) из геологического центра США собирают коллекция грязи (фото Henry Bortman).
Несколько Фелисы собирала ил на дне и берегах водоёма, после этого образцы помещались в неестественную среду, в которой преобладали арсенаты и практически отсутствовали фосфаты. Неспешно биологи довели концентрацию соединений фосфора до минимальной, но кроме того в таких условиях одна группа бактерий из неспециализированной смеси процветала .
Микробы изолировали и поселили в раствор арсенат-ионов. Предстоящие наблюдения продемонстрировали, что в таковой среде культура развивалась на 60% стремительнее, чем в присутствии того самого жизненно нужного фосфора. В то время, когда же её лишили и мышьяковой подпитки, колония расти прекратила.
Новый штамм назвали GFAJ-1. Учёные определили, что необыкновенные микробы принадлежат семейству Halomonadaceae, относящемуся к гамма-протеобактериям (gammaproteobacteria), большинство которых есть патогенами.
Внизу слева бактерии, выращенные на фосфоре, справа – на мышьяке. Учёные отмечают, что в скором времени они желают расшифровать геном GFAJ-1 и узнать, как штамм ведёт себя в естественных условиях, в то время, когда его не вынуждают поменять «диету» (фото Henry Bortman, Jodi Switzer Blum).
Дабы узнать, как бактерии применяют мышьяк, биологи «подсветили» раствор радиометками. Стало известно, что «съеденный» элемент присутствует в органелл клеток, в нуклеотидах ДНК и РНК. Наряду с этим содержание арсенат-ионов было таким же, как и ожидаемое количество фосфат-ионов.
Эти сведенья натолкнули учёных на идея, что токсичный элемент употребляется микробами равно как и фосфор в работе клеточных механизмов. А раз на такое способен штамм GFAJ-1, то и другие микробы на протяжении эволюции в полной мере имели возможность перейти на подобный «корм». «Нынешнее открытие может стать окном в новый неизведанный мир», — вычисляет Фелиса.
Анализ, совершённый на синхротроне национальной лаборатории Стэнфорда (SLAC National Accelerator Laboratory), продемонстрировал, что мышьяк содержится в клеток в форме арсената, и, что эти ионы образуют связи с кислородом и углеродом подобно фосфату (фото Brad Plummer/SLAC).
Другие учёные тем временем отмечают, что прекрасно бы выяснить положение мышьяка в молекулах, делающих в клетке определённые функции. К примеру, нужно узнать, к чему приводит замена фосфора на мышьяк в молекуле АТФ. Страдает ли эффективность переноса энергии? Как воздействует арсенат-ион на связи с белками и метаболические процессы?
В общем, химики жаждут разобраться в подробностях не меньше биологов.
Тем временем исследователи NASA твердят, что раз столь неожиданное для науки поведение существует на Земле, то космос возможно наводнён и более фантастическими существами.
«Мы расширили понятие „жизнь“. Дабы отыскать её вне Нашей системы, нам нужно думать шире, разнообразнее», — говорит врач Эдуард Вейлер (Edward Weiler), начальник одной из научных программ NASA.
NASA представило открытие как астробиологическое, и сейчас многие недоумевают – при чём тут астробиология, в случае если обращение лишь о земных бактериях (фото Mark Wilson).
Раньше мысли о том, что базой судьбы может стать не только шестёрка CHNOPS, виделись разве что в фантастических книгах. Действительно, нередким «гостем» был вовсе не мышьяк, а кремний, что заменял углерод. Сейчас же «другая форма судьбы» обрисована в Science.
«Но эта история вовсе не о том, что в озере Моно нашли бактерии на мышьяке, — подытоживает Фелиса. – Отечественное открытие – это напоминание: формы судьбы смогут быть более непредсказуемы».
Формулировка «большое количество шума из ничего» в этом случае была бы через чур пренебрежительной. Учёные вправду открыли невиданную ранее свойство микроорганизмов (не смотря на то, что их выводы ещё предстоит проверить).Но и новой формой судьбы GFAJ-1 возможно назвать с громадной натяжкой.
Так как микроорганизмов, обитающих в экстремальных условиях, биологам известно много. К примеру, мы говорили о любителях глубины, немыслимых высот, холода, подводного жара а также радиоактивных руд (фото Henry Bortman).
Update: Изучение подвергается активной критике со стороны научного сообщества. В издании Science были опубликованы сходу пара комментариев к начальной статье.
Учёные сомневаются, что полученные эти были трактованы правильно. Тем временем команда Фелисы обещает передать любой группе биологов образцы штамма GFAJ-1 для перепроверки сделанных выводов.
Смотрим за развитием событий.
