Пенсионный советник

Жизнь отравлена

Найдены бактерии, которые используют мышьяк вместо фосфора

Александра Борисова 03.12.2010, 14:06
Science/AAAS, Henry Bortman

Обнаружены бактерии, которые используют ядовитый мышьяк вместо фосфора. Это открытие может привести к пересмотру понятия «жизнь» и принципиально меняет взгляды на стратегию поиска внеземной жизни.

Дискуссия о возможности существования внеземной жизни зачастую сводится к двум пунктам. Первый — жизнь, аналогичная нашей, то есть основанная на воде и органических (углерод--водород--азот—кислород—фосфор--сера) соединениях, возможна только в очень узком диапазоне температур и давлений, а такие найти на других планетах непросто. Второй — возможно, существует совершенно иная жизнь, иные органические соединения, образованные в экстремальных условиях из совершенно других элементов.

Но оказалось, что «новая жизнь» живет совсем рядом со «старой».

В озере Моно (в Калифорнии) обнаружены бактерии, которые используют в своих биологических молекулах не фосфор (незаменимая часть ДНК — остаток фосфорной кислоты), а элемент, считавшийся смертельным ядом для всего живого, — мышьяк.

Работу американских ученых публикует Science.

Эта «земная» находка прежде всего ценна тем, что она принципиально меняет стратегию поиска внеземной жизни, осуществляемую, в частности, силами NASA.

Ученым больше не следует ориентироваться на элементный состав атмосферы далеких планет, раз даже на Земле существует жизнь, основанная совсем на других соединениях.

«Известная нам до сих пор жизнь требовала присутствия в организме определенного набора химических соединений и, напротив, отсутствия заметного количества ряда других, опасных веществ. Однако откуда мы можем знать, что других возможностей не существует? Теперь мы почти уверены в обратном, и это полностью изменит наши астробиологические программы», — пояснил профессор Ариэл Анбар, биогеохимик и астробиолог из Университета Аризоны, один из соавторов работы.

Высказывались и более смелые гипотезы — на Земле существует «теневая биосфера», то есть «чужая жизнь», основанная на других химических элементах, химический «параллельный мир».

Мышьяк в Периодической системе химических элементов находится прямо под фосфором, то есть ряд химических свойств у них похож, они могут встраиваться в аналогичные соединения. Идею о существовании «мышьяковых биомолекул» разработала еще в 2009 году Фелиса Вольфе-Симон, первый автор настоящей работы, которая сейчас работает в Институте астробиологии NASA. Она предположила, что «параллельная биохимия» эволюционировала с момента зарождения жизни на Земле, а сейчас сохранилась в экстремальных условиях. Однако гипотеза оставалась лишь теоретическим предположением без экспериментального подтверждения.

По сути, токсичность мышьяка определяется сходством его свойств с фосфором. Организму трудно отличить их друг от друга, и яд легко проникает в ткани.

Однако различия в свойствах элементов в то же время достаточны, чтобы он вносил катастрофический разлад в работу биохимических систем тела.

Поиски экспериментальных подтверждений «мышьяковой жизни» Вольфе-Симон вела в сотрудничестве с Рональдом Оремландом, специалистом по микробиологии мышьяка. Объединенными усилиями им удалось обнаружить бактерию — штамм GFAJ-1 семейства Halomonadaceae гамма-протеобактерий, которые «живут на фосфоре». Их вынудили к этому суровые условия среды — озеро Моно очень высокоминерализованное, и уровень содержания собственно мышьяка в воде необычайно высок.

В лабораторных условиях ученым удалось успешно вырастить эти бактерии, поддерживая «диету», богатую фосфором, но содержащую добавки мышьяка. Целью исследователей было выяснить, насколько мышьяк действительно внедрен в жизненно важные биологические системы бактерий — ДНК, белки и клеточные мембраны. Сложные лабораторные исследования, включавшие детальные масс-спектрометрические анализы белков, показали, что организмы имеют двойственную структуру. Они могут «расти» как на фосфоре, так и на мышьяке.

Это их совершенно уникальная особенность, которая одновременно показывает, что бактерии не совсем являются искомой «чужой жизнью», принадлежащей к принципиально иному древу жизни, зародившемуся и развивавшемуся независимо.

Однако GFAJ-1 при этом все же указывает на возможность существования «параллельной биосферы». «Святым граалем» будет открытие организма, который совсем не содержит фосфора.

«Наша работа — это не открытие мышьяка в озере Моно. Это свидетельство того, что прямо здесь, на Земле, можно найти что-то совершенно неожиданное. Если это так, несмотря на столетия научного прогресса, то какие же еще сокрытые горизонты жизни нам предстоит увидеть? Сейчас пришло время это сделать», — подытожила Вольфе-Симон.