Жизнь под водой, грязью и без кислорода

Ученые нашли жизнь в толще базальта морского дна: эти бактерии никогда не видели не только света, но и кислорода

Ученые нашли жизнь в толще базальта морского дна: бактерии извлекают химическую энергию из водорода и никогда не видели не только света, но и кислорода. Исследователям пришлось бурить «базальтовые вены», в которых течет вода, не похожая на океаническую и являющаяся питательной средой для удивительных существ.

Современную жизнь на Земле так или иначе связывают с солнечным светом. Большую часть органического вещества производят растения, а фотосинтез связан с солнечной энергией. Однако так было не всегда: древнейшие бактерии (и сейчас жизнь именно такого типа ищут на Марсе) получали химическую энергию из окислительно-восстановительных процессов. Именно такой жизнь сохранилась в суровых условиях — в агрессивных средах и средах, лишенных света, например на дне океана. Свидетельство существования глубоководной земной жизни международный коллектив ученых из Дании, США, Франции, Германии, Великобритании и Японии опубликовал в журнале Science.

Специалисты из Университета Орхуса провели исследование земной коры у западного побережья Северной Америки. Буровая установка преодолела сначала 2,5 км воды, достигнув океанических глубин, затем сотни метров донных отложений. Так были получены образцы труднодоступных пород.

«Мы представляем первое прямое свидетельство существования жизни в океанической земной коре. Наши результаты позволяют предположить, что там существует развитая экосистема, которую поддерживает химическая энергия», — отметил Марк Левер, первый автор работы, научный сотрудник Центра геомикробиологии Университета Орхуса.

Оказалось, что

в базальте океанической земной коры под слоем воды и донных отложений существуют «вены», по которым течет вода.

Она и оказывается питательной средой.

«Вода реагирует с соединениями восстановленного железа, например оливинами в базальте, с выделением водорода. Микроорганизмы используют водород как источник химической энергии, превращая с ее помощью диоксид углерода в органические соединения», — заявил Левер, слова которого приводит пресс-служба Университета Орхуса.

До сих пор свидетельство существования такой глубинной жизни были только косвенными, основанными на химических «отпечатках пальцев» и текстуре скал. Прямых доказательств не было. Такой способ питания называется хемотрофным и известен и для наземных организмов. Начиная с 1970-х годов исследователи находят локальные экосистемы, например горячие потоки, которые работают на химической энергии. Однако это исследование значительно расширяет границы биосферы — обитаемой части нашей планеты, включая в нее океаническую земную кору, которая покрывает 60% поверхности Земли, что делает ее крупнейшей земной экосистемой.

«Горячие потоки находятся в основном на границах литосферных плит, где происходит формирование новой земной коры в результате тектонических процессов, которые и разогревают морскую воду. Однако большая часть океанической коры спокойна: она находится в тысячах километров от активных тектонических зон. Кроме того, она похоронена под толщей слоев ила, и у нас не было никаких данных о жизни в ней», — отметил Левер.

Теперь «в дне океана» удалось обнаружить сразу несколько форм жизни: окисляющие водород микроорганизмы создают органическое вещество, которое используют для жизни другие бактерии, сами не способные к этому.

Такой тип питания называется гетеротрофным и присущ, например, человеку и животным. Некоторые бактерии живут, выделяя метан или восстанавливая сульфаты с помощью водорода, а другие разлагают органические вещества с помощью ферментации.

Наибольший интерес представляют бактерии, продуцирующие органические вещества, — именно они используют водород в качестве источника энергии и обычно в морской воде не встречаются.

«Мы отобрали образцы породы в 55 км от того места, где морская вода проходит в базальт. В наших образцах состав воды базальтовых «вен» сильно отличается от морской, например, в ней совсем нет кислорода, производимого фотосинтезирующими организмами.

Мы уверены, что найденные нами микроорганизмы — не «занесенные» загрязнители, их дом — базальт»,

— отмечает Левер.

Возраст проанализированных базальтов — 3,5 млн лет, однако ученые уверены, что найденная в них ДНК принадлежит ныне живущим организмам. На это указывает изотопный анализ по углероду и сере. Удалось культивировать искомые микроорганизмы в лабораторных условиях, а также разработать уникальные методы очистки ДНК.

«Это исследование не было бы возможным без близкого сотрудничества микробиологов, геохимиков и геологов. Каждый из нас в своем методе вышел за рамки того, что считалось возможным», — отметил Андреас Теске, соавтор работы из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилле.