Невероятные затворники процветают в золотой тьме
Это не только биологическая, но и, в некоей степени,философская сенсация: открыта первая в мире экосистема, складывающаяся из единственного биологического вида. Изолированный не только от солнечных лучей, но и от всего живого, данный организм замечательно чувствует себя в полном одиночестве в окружении неживой материи. Такова развязка детектива, начавшегося практически шесть лет назад.
Сюрприз для естествоиспытателей принесла «золотая» шахта Мпоненг (Mponeng), расположенная недалеко от Йоханнесбурга. Ещё в 2002 году Туллис Онстотт (Tullis Onstott) из университета Принстона (Princeton University) и пара его сотрудников из вторых учреждений нашли на большой глубине, в воде, сочащейся из разлома, живые бактерии.
Уже тогда было ясно, что это экстремофилы, каким-то чудесным образом обитающие в том месте, куда с поверхности не попадает не то что свет, но по большому счету – что-либо. Если бы не люди, пробуравившие скальную толщу в отыскивании золота, — эти микробы ни при каких обстоятельствах не попали бы наверх.
Шахта Mponeng – самая глубокая в мире, с рекордом 3777 метров (в будущем золотодобытчики собираются продолжить её ещё глубже). В собственности она компании Anglogold Ashanti (фото с сайта kraalkopnaturereserve.net).
В 2006 году интернациональной группе учёных удалось лучше разобраться, с чем они столкнулись. Оказалось, что бактерии из царства Плутона живут за счёт радиоактивных руд. Об этом открытии мы подробно говорили, но имеется суть напомнить основное.
«Сенсационная» бактерия приобретает энергию для жизни на протяжении восстановительной реакции с участием сульфата (SO42-) и водорода. Последний берётся из воды, раскалываемой радиоактивным излучением руд. Но на этом чудеса подземной бактерии не заканчиваются.
Сейчас стало ясно, что работа 2006 года только чуть немного открыла перед биологами замечательную кухню подземного мира.
Сейчас же Дилан Чивиан (Dylan Chivian) из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (LBNL) совместно с ещё практически двумя десятками исследователей из америки, Канады и Тайваня совершили расшифровку ДНК, взятых из проб с того самого глубинного разлома в южноафриканской шахте. Для этого учёным, кстати, потребовалось проанализировать 5600 литров воды.
Вот эта «палочка» и имеется южноафриканское чудо. Тут не видно, но у данной бактерии имеется флагеллы – узкие хвостики, разрешающие ей плавать в воде, заполняющей микротрещины и поры в камне (фото Greg Wanger/J.Craig Venter Institute, Gordon Southam/University of Western Ontario).
Несколько учёных воспользовалась последними достижениями в экологической геномике. Дилан поясняет: «Практически все организмы живут в сообществах с разделением функций в рамках их экосистем. По окончании извлечения ДНК из проб внешней среды разные участники этих микробных сообществ и главные члены смогут быть выяснены, даже в том случае, если полные геномы большинства из них нереально упорядочить».
Так вот — стало известно, что более 99,9% экземпляров микроорганизмов, представленных в этих пробах, принадлежат одному-единственному виду. Незначительные следы иных ДНК, как утверждает Чивиан, результат загрязнения проб в самой шахте либо лаборатории.
Так, практически на трёхкилометровой глубине в толще скал живёт сообщество, состоящее лишь из одного вида бактерии. Его, кстати, назвали Candidatus Desulforudis audaxviator.
Это открытие было настоящим потрясением. Так как до сих пор исследователи полагали, что экзотический вид микроорганизма не смотря на то, что и образовывает костяк подземного сообщества, но поддерживается несколькими вторыми бактериями.
Участники новой работы говорят, что перед её началом рассчитывали на хороший шанс «монтажа» всего генома самого массового вида одноклеточного, представленного в пробах, либо 70-80% геномов нескольких видов сходу. Представить, что все ДНК, поднятые на белый свет из глубины Мпоненга, принадлежат одному виду, — они не могли.
Свойство новой бактерии перерабатывать химические соединения, имеющиеся на огромной глубине в земной толще, разрешила этому организму стать первой известной учёным экосистемой, в которой целый круговорот веществ обеспечивается одним единственным биологическим видом (иллюстрация Thanya Suwansawad).
Дело в том, что ранее учёным представлялось немыслимым существование замкнутой и самодостаточной экосистемы из единственного вида. В большинстве случаев каждая экосистема насчитывает множество организмов (хотя бы лишь бактерий), каковые удачно дополняют друг друга по биохимии, процессам выброса и питания отходов. Так, дабы вместе с неживыми компонентами — источниками энергии и веществ — получалась прекрасная и сбалансированная совокупность.
А D. audaxviator один вобрал в себя всё нужное, дабы нормально существовать и размножаться в «мёртвом» окружении без всякого контакта с другой земной биосферой.
«Один из вопросов, каковые появляются при рассмотрении свойства вторых планет поддерживать жизнь, — смогут ли организмы существовать самостоятельно, не имея доступа кроме того к солнцу? — говорит Чивиан. — Ответ — да! И вот подтверждение. Кроме того с позиций философии весьма интересно выяснить, что всё нужное для жизни возможно упаковано в единый геном».
Данный геном, кстати, насчитывает 2157 кодирующих белки генов. И тут перед биологами открылась картина потрясающего приспособления D. audaxviator к собственной среде (а это — практически полное отсутствие кислорода, температура более 60°С и рН 9,3). Этому анализу, к слову, посвящена статья авторов изучения в Science.
К примеру, поступила информация, что данный микроб может замечательно усваивать углерод из небиологических источников, таких как окись углерода, двуокись углерода либо формат (CO2H-). Не смотря на то, что наряду с этим он способен переваривать и органические останки (к примеру от мёртвых клеток), потому, что в D. audaxviator имеется гены, несущие ответственность за транспорт сахара и аминокислот.
Наименование рода Desulforudis было придумано Онстоттом как комбинация латинских слов «от серы» и «стержень». Audaxviator – это «добавка» от Чивиана, что был вдохновлён «Путешествием к центру Почвы» Жюля Верна. В начале этого романа доктор наук Лиденброк расшифровывает старый манускрипт, в котором имеется фраза: «…descende, Audax viator… et terrestre centrum attinges», что в переводе с латыни свидетельствует «спускайся, храбрый путешественник, и ты достигнешь центра Почвы».
Снова открытая бактерия очевидно захотела последовать совету вымышленного исландского алхимика (иллюстрация с сайта barnesandnoble.com).
Азот эта бактерия имела возможность бы приобретать и из воздуха (у неё имеется соответствующий мультифермент нитрогеназа), но за неимением воздуха аккумуляторная. audaxviator извлекает данный серьёзный элемент из аммиака и ионов аммония, имеющихся в породе и протекающей через неё воде.
И это не все чудеса: биологи уверены в том, что большую часть собственных генов D. audaxviator взяла (путём горизонтального переноса) от архей — другого царства живых существ. И эти гены сделали бактерию-затворника неповторимой среди представителей типа Firmicutes, к которому и относится новичок.
Так, он способен создавать эндоспоры — твёрдые структуры, каковые при наступлении критических условий защищают ДНК и РНК организма от засухи, жары, «химической» атаки и «голода». Археи же обучили эту бактерию защите от вирусов. И от архей D. audaxviator взяла кое-какие фрагменты собственной совокупности обмена веществ.
Как всё это удалось узнать? «Мы сейчас располагаем геномами свыше тысячи бактерий и архей и мы знаем, что многие из этих генов делают, — говорит Чивиан. — Это разрешает нам посмотреть на новый геном и вернуть по нему метаболизм ранее малоизвестного организма».
По большому счету же, отмечают авторы изучения, для неменяющихся весьма продолжительное время условий геном D. audaxviator кроме того чуть-чуть усложнён. Специальная бактерия для того чтобы характера в большинстве случаев владеет полутора тысячами генов. Но уж к собственному окружению Desulforudis приспособлена идеально.
Учёные говорят, что D. audaxviator не видела поверхности Почвы миллионы лет. А потому, что считается, что сообщества видов имеют лучший потенциал для адаптации, нежели один вид, Desulforudis будет ощущать себя замечательно, пока условия в её среде обитания не изменяются.
Но нормально — вмешательство человека тут возможно в расчёт не брать. Так как шахта — только маленький укол в оболочке планеты. Какая большая биомасса микроорганизмов скрыта ещё под континентами и странами — возможно только догадываться.
Похоже, пора заводить обращение о второй биосфере.
Hamilton: the musical (Animatic version)
Темы которые будут Вам интересны:
-
Кромешная тьма пролила свет на паучий рейв
