Земные недра кишат экзотическими формами жизни — «наука»
Популярная наука
В нескольких километрах под земной поверхностью живут разнообразные существа, талантливые очень многое поведать нам о жизни в нашей системе
Древние бактерии, живущие на глубине три с лишним километра под земной поверхностью: как раз они вынудили Туллиса Онстотта (Tullis Onstott) приступить к поискам судьбы в самых немыслимых местах. Геомикробиолог в первой половине 90-ых годов двадцатого века участвовал в заседании в министерстве энергетики США, посвященном горным породам, возраст которых оценочно превышает 200 миллионов лет. Другими словами, они старше динозавров.
Эти доисторические породы были подняты из газовой скважины. Оказалось, что они кишат бактериями.
«Меня это поразило, — говорит Онстотт, трудящийся в Принстонском университете. — Мое воображение захватила идея о том, что эти бактерии жили в триасовых породах еще до эры динозавров».
Эти породы стали одним из первых материальных доказательств того, что глубоко под почвой имеется жизнь. Это дало замечательный толчок изучениям судьбы в так называемой глубокой геологической среде. За последние 20 лет Онстотт и другие ученые узнали, что в негостеприимных местах жизнь намного разнообразнее, чем считалось прежде.
Глубинную судьбу находят в мире, причем в самых различных условиях: на нефтяных месторождениях, в золотых рудниках, подо льдом в Антарктиде и Гренландии, а также в скальных породах и отложениях на дне океана. Иногда условия внешней среды в том месте очень негативные, а давление в 10-100 раз превышает атмосферное. Температура возможно от нуля до 60 градусов Цельсия.
На глубине полутора-двух километров нет солнечного света и мало кислорода. В таких жёстких условиях живым организмам приходится цепляться за судьбу, применяя всю ту энергию, которую они смогут отыскать около себя. А это значит, что ритм судьбы в том месте может иногда сильно замедляться.
Микробов внизу возможно в миллионы и тысячи раз меньше, чем на поверхности. И кое-какие из них существуют много, тысячи а также миллионы лет. Настоящие микроскопические Мафусаилы.
Эти существа из земных глубин очень разнообразны. Среди них имеется бактерии и одноклеточные организмы, каковые именуются археи. На километровой глубине имеется кроме того многоклеточные, а также, маленькие черви нематоды.
«Исследуя эту глубинную вселенную, мы с удивлением определим, что жизнь внизу куда сложнее, чем мы имели возможность себе представить, в то время, когда в 90-е годы стали изучать образцы из триасового периода», — говорит Онстотт.
Такая непростая судьба дает исследователям массу возможностей, начиная с очистки токсичных отходов и заканчивая поисками внеземной судьбе. Кое-какие из этих глубокоживущих организмов питаются конкретно минералами и металлами, и смогут оказывать действие на подземные воды, увеличивая либо уменьшая содержание мышьяка, токсичных металлов и урана. Ученые сохраняют надежду, что не так долго осталось ждать эти бактерии удастся применять для улавливания и удаления вредных веществ, скажем, из вытекающих из шахт сточных вод.
Но самая заманчивая мысль содержится в следующем. Условия глубоко под почвой так негативны и необыкновенны, что смогут дать ученым определенные подсказки о том, где искать внеземную судьбу — и как эта жизнь может смотреться.
Это может дать ответ на вопрос о том, может ли существовать жизнь под поверхностью Марса, — говорит Онстотт. — Вот что привлекло меня к данной работе сначала, и это так же, как и прежде придает мне силы и энергию«.
В этих экстремальных условиях, где организмы достаточно редки, ученые прилагают огромные упрочнения для изучения микробов. Они спускаются в карстовые пустоты и шахты, при помощи буровых инструментов извлекают образцы из-под океанского дна и земли. В некоторых местах уходит пара дней на то, дабы заполучить хотя бы они пример. «Отправиться в земные глубины либо бурить, или отправиться в Арктику и в том месте опуститься на километр в глубину за примерами — это непросто», — говорит Онстотт.
Исследуя адские глубины
В полутора километрах под земной поверхностью в южноафриканской золотой шахте Беатрикс Мэгги Лау (Maggie Lau) ищет жизнь. В том месте жарко и влажно, а свет дает лишь головная лампа. Лау, трудящаяся геомикробиологом в группе Онстотта в Принстонском университете, собирает воду из пробуренных скважин. Геологи бурят их в отыскивании газа и водяных мешков перед добычей .
Лау заполняет пробирки и флаконы примерами газа и воды. Емкости у нее различного количества: от чайной ложки до литра с лишним.
Собранный Лау газ может поведать, как старая в том месте вода. «Примерам, каковые я изучаю, от 40 до 80 тысяч лет», — говорит она. Эта вода имела возможность просочиться с поверхности через трещины в горной породе тысячи а также миллионы лет назад, принеся с собой организмы с поверхности либо с маленьких глубин.
В отличие от воды, Лау добирается до места изучений значительно стремительнее и занимательнее. Она спускается в шахту по стволу в клетке подъемника, что падает на полуторакилометровую глубину менее чем за 60 секунд. После этого она идет с тяжелым портфелем за плечами еще полтора километра либо больше.
По некоторым шахтам приходится ползти, волоча за собой портфель, а на затопленных участках пробираться по колено либо по пояс в воде. Время от времени в конце дня подъемник не работает, и Лау с Онстоттом приходится выбираться по лестнице. «Мы шутим, что это как лестница на небеса», — говорит она.
В этих адских глубинах, где вода разогревается до 55 градусов Цельсия, и где порода теплая на ощупь, жизнь видится нечасто. Дабы собрать как возможно больше живых клеток для предстоящего анализа, Лау оставляет часть емкостей, каковые фильтруют много тысяч литров воды в течение нескольких месяцев и недель.
На глубине полтора километра под почвой Лау в большинстве случаев может отыскать от 1 000 до 10 000 клеток в чайной ложке воды. Думается, что это большое количество, но в щепотке почвы с вашего огорода таких клеток в сто тысяч либо в миллион раза больше. На глубине более полутора километров возможно отыскать только 500 клеток на чайную ложку воды.
Лау посчитала, что ей нужно фильтровать воду непрерывно в течение 200 дней, дабы собрать достаточное количество ДНК и РНК для анализа.
Время от времени тяжело выращивать в лабораторных условиях бактерии, не зная конкретно, чем они питаются и какие конкретно условия предпочитают. Ученым удается вырастить всего один процент от того количества бактерий, каковые они находят в земных глубинах. В следствии большая часть видов известны только по их неповторимым молекулярным показателям.
А секвенирование ДНК и РНК говорит о существовании огромного множества ранее малоизвестных бактерий в тех примерах, каковые ученые собирают на глубине.
Сейчас Лау сделала новый ход в собственных изучениях. Она пробует определить не только то, кто живет в земных недрах, но и как эти организмы выживают. Солнечного света в том месте нет, как нет и растений, улавливающих солнечную энергию при помощи фотосинтеза.
Исходя из этого глубокоживущим бактериям приходится жить за счет энергии от химических реакций между водой и породой.
Эти реакции смогут создавать водород, сульфаты и метан, и ученые пологали, что три этих химических вещества питают солидную часть бактерий, живущих на глубине.
К собственному удивлению, Лау поняла, что это не верно. Химические вещества питают только малую часть бактерий, каковые после этого производят нитраты и серу. В таковой среде господствуют те бактерии, каковые питаются этими производными химическими веществами.
Получается, что в то время, когда ученые занимаются поисками подземной судьбе на Земле и других планетах, им направляться искать более широкий круг метаболических реакций. «Не нужно останавливаться только на нескольких основных процессах. Нам направляться наблюдать шире, охватывая взором целый метаболический горизонт», — говорит Лау.
«Реально заметить, что они все делают тут, на глубине, это самое занимательное и волнующее достижение, что-то такое, о чем мы думали, и что пробовали осуществить последние 20 лет. И вот наконец мы добились собственного», — говорит Онстотт.
«Первый снимок Лау это как первое изображение с Марса либо что-то подобное. Это поразительно», — додаёт он.
Настоящий зоопарк
В том месте, где имеется дичь, в большинстве случаев имеется и хищники. А бактерии это вкусная еда для многих существ.
В то время, когда Гаэтан Боргони (Gaetan Borgonie) услышал об этих глубокоживущих бактериях, он поразмыслил: а запрещено ли отыскать в том месте же, под почвой, червей называющиеся нематоды, каковые питаются бактериями? Боргони, трудящийся зоологом в Гентском университете в Бельгии, изучает этих червей уже 20 лет. Он знал, что нематоды смогут жить в экстремальных условиях на поверхности, а также, при высоких и низких температурах и при малом содержании кислорода.
Исходя из этого теоретически они должны были хорошо приспособиться к судьбе глубоко под почвой.
Боргони связался с Онстоттом, что пригласил его изучить шахты в Южной Африке. Но отыскать этих червей выяснилось непросто. На поверхности они живут в изобилии, но в шахте Боргони было нужно взять на пробу практически 10 000 литров воды, дабы отыскать одного-единственного нематода. «Было нужно поменять мировоззрение и отказаться от того, что ты знаешь о поверхности, по причине того, что подземелье это совсем второй мир», — говорит он.
Боргони нашёл много нематодов в воде возрастом от 3 000 до 12 000 лет, которую он собрал в шахтных скважинах, а также в сталактитах, висящих в проходах шахт. Среди них был один новый вид, что он обнаружил глубине полутора километров. И вдобавок он отыскал неопознанного червя, живущего на глубине три километра.
По словам Боргони, эти организмы обосновывают, что многоклеточная эукариотическая жизнь существует и на таковой глубине.
В отличие от неповторимых бактерий, отысканных в этих глубинах, большинство червей принадлежит к видам, живущим на поверхности. «Эти организмы уже привыкли к стрессу, и те, что приспосабливаются на поверхности, хорошо приживаются и под почвой», — говорит ученый.
Подземная среда в действительности дает кое-какие преимущества, потому, что условия в том месте стабильны, а охотящихся на червей хищников нет. «Для них это как отдых», — шутит Боргони.
Убедившись, что в шахтах смогут жить и другие существа, Боргони покинул собственный оборудование для забора проб в южноафриканской шахте Дрифонтейн на два года, дабы профильтровать 12 с лишним миллионов литров воды. Этого достаточно, дабы заполнить пять олимпийских плавательных бассейнов.
«Вот тогда мы нашли целый зоопарк», — заявляет Боргони. Он идентифицировал еще пара многоклеточных организмов, включая плоских и кольчатых червей, и что-то подобное ракообразным. Практически все эти виды питаются бактериями.
Открытие этих организмов воодушевляет ученых, занимающихся поисками внеземной судьбе, говорит Боргони. «Мне думается, это отлично, что мы нашли такую огромную экосистему под почвой, — говорит он. — В случае если мы сможем доказать, что эти организмы смогут жить под почвой очень долго, то это станет хорошей новостью для людей, ищущих жизнь на Марсе».
«Мне бы весьма хотелось заняться таковой работой на планете Марс, — заявляет Боргони. — Исходя из этого я постоянно говорю: в случае если мне когда-нибудь дадут билет в один финиш на Марс, я тут же улечу».
Инопланетные глубины
Собственный билет Боргони пока не взял, но грядущие исследовательские полеты в космос смогут дать нам лучшее представление о том, пригодны ли для жизни другие части Нашей системы.
Живые бактерии в потоках воздуха
Smithsonian13.01.2016Вечный бой между медициной и бактериями
SwissInfo01.03.2015Земля — планета бактерий
Украiна молода27.03.2013
«Астробиологам чувство оптимизма придает знание того, что имеется организмы, талантливые выживать в экстремальных для нас условиях», — говорит астробиолог из исследовательского центра НАСА имени Эймса Тори Хелер (Tori Hoehler). Хелер входит в состав исследовательского коллектива Астробиологического университета НАСА, что изучает, как реакции между различными типами горных пород и водой производят энергию, которой достаточно для поддержания судьбы.
«Самая популярная среда состоит в основном из породы и воды», — говорит Хелер. Он утвержает, что возможно себе представить водоносные слои, находящиеся глубоко под поверхностью Марса, либо океаны, каковые плещутся над жёсткой корой спутника Юпитера Европы либо спутника Сатурна Энцелада.
Europa Multiple Flyby Mission — это проект автоматической межпланетной станции НАСА, предназначенной для изучения спутника Юпитера Европы. Ожидается, что она отправится в космический полет через пять либо десять лет, и даст ученым расширенное представление о том, имеется ли на данной ледяной луне Юпитера среда, способная к поддержанию судьбы. А что касается Марса, говорит Хелер, то ученые уже прекратили задавать вопросы, возможно ли в том месте отыскать пригодную для жизни среду.
Сейчас они занимаются поисками показателей самой жизни.
Не смотря на то, что на данный момент условия на марсианской поверхности очень негативны для жизни, наверное, что на планете в прошлом была вода и атмосфера на поверхности. В случае если в тот период на Марсе развивалась жизнь, она имела возможность сохраниться под марсианской поверхностью, где условия остаются стабильными, не смотря на то, что сама поверхность стала враждебной. Быть может, жизнь еще существует в марсианских глубинах, ждя, в то время, когда мы ее отыщем.
Ожидать осталось недолго. Не так долго осталось ждать мы в первый раз заметим, что же прячется под поверхностью Марса. В рамках программы Космического агентства ЕС ExoMars в 2018 году на Марсе будет пробурена поверхность на глубину около двух метров в попытке отыскать показатели судьбы.
Возможно, этого мало, дабы отыскать живые организмы, но достаточно глубоко, дабы отыскать доказательства судьбы.
Прошло более 20 лет с того времени, как древние бактерии разрешили Онстотту в первый раз взглянуть на судьбу в земных глубинах, но на данный момент он ожидает не дождется, что ученые обнаружат Марсе, в особенности в то время, когда они смогут копнуть значительно глубже.
«В случае если на Марсе имеется приятное место, где воды и правильный баланс температуры, то в этих условиях в том месте смогут сохраниться живые организмы».
