Жизнь оказалась грязью

Американцы нашли в озере Восток богатую и разнообразную жизнь, российские исследователи считают это загрязнением

В замерзшей воде антарктического озера Восток обнаружена ДНК бактерий, грибов, водорослей, рачков, моллюсков и даже рыб. Эти сенсационные находки могли бы взорвать научный мир, если бы они не были сделаны в «грязной» (по молекулярно-генетическим критериям) лаборатории. Отдел науки «Газеты.Ru» сопоставляет позицию американских и российских ученых, которые исследовали один и тот же озерный лед.

В журнале PLoS ONE вышла сенсационная статья. Группа американских ученых под руководством Скотта Роджерса, профессора Университета Боулинг Грин, штат Огайо, опубликовала результаты своих изысканий жизни в антарктическом подледном озере Восток. Результаты ошеломляют: оказывается, озеро, в течение миллионов лет изолированное от внешнего мира почти четырехкилометровым слоем льда, просто полно жизни.

В кернах аккреционного (намерзшего из озерной воды) льда ученые обнаружили ДНК разнообразных бактерий, архей, цианобактерий, водорослей, грибов. Что самое невероятное, они нашли ДНК даже многоклеточных организмов — рачков, коловраток, моллюсков, а также бактерий, живущих в кишечнике рыб, что косвенно свидетельствует о существовании полной экосистемы.

Все это сильно удивляет, поскольку в корне расходится с результатами российских ученых из Петербургского института ядерной физики (ПИЯФ), которые много лет исследуют возможность нахождения жизни в озере Восток, анализируя ДНК из кернов озерного льда и из первой пробы воды озера.

Сергей Булат, руководитель лаборатории молекулярной и радиационной биофизики, и его коллеги сообщали о нахождении в керне льда озерного происхождения трех последовательностей ДНК, которые точно не являются контаминантами — загрязнениями и, по-видимому, принадлежат трем разным микроорганизмам.

В то же время команда Скотта Роджерса пишет, что обнаружила во льду озерного происхождения 3507 уникальных генетических последовательностей, из которых для 1623 последовательностей им удалось определить таксономическую классификацию. Примерно 94% найденной ДНК приходится на бактерии и 6% — на эукариотические (имеющие клеточное ядро) организмы.

Интересно, что в американской статье нет никаких указаний на то, как именно были получены образцы льда. Говорится, что они были отобраны Американской геологической службой (United States Geological Survey) и доставлены на судне в Национальную лабораторию ледовых кернов (National Ice Core Laboratory) в Денвере.

Ни слова не говорится, что это керны из скважины на российской станции «Восток», которая была пробурена российскими специалистами глубокого бурения из Санкт-Петербургского горного университета.

Открытие

Предположение, что под ледяным щитом Антарктиды может скрываться вода, в конце 1950-х годов сделал российский теплофизик Игорь Зотиков, ориентируясь на изменения температуры льда. Андрей Капица подтвердил это предположение, проведя сейсмическое зондирование. Последние доказательства существования озера получены по результатам спутниковой альтинометрии. В 1996 году вышел журнал Nature с картой антарктического подледного озера на обложке. Оно было названо по имени российской антарктической станции «Восток».

На наименование скважины указывает только наименование «Ледяной керн Восток 5Г» (5Г — это пятая скважина глубокого бурения, которая достигла воды озера).

Исследователи брали пробы на четырех глубинах скважины, причем эти четыре точки они объединяют в два региона, принципиально отличающиеся по составу льда. На глубинах 3563 м и 3585 м (проба V5), как они объясняют, залегает аккреционный лед типа I, обогащенный ионами, минералами и органическим углеродом. Источник этого обогащения — осадочные породы в мелкой части озера, где они соприкасаются с ледником, и, так как ледник движется от мелководья к глубокой части, он приносит эти вещества с собой. На глубинах 3606 м и 3621 м (проба V6) находится аккреционный лед II типа, гораздо более обедненный.

История бурения

Первые попытки бурения на станции «Восток» с использованием термобура были начаты еще до открытия озера, в 1959 году:
1967 год — начало работы специалистов по глубокому бурению Ленинградского горного института (теперь Санкт-Петербургский горный университет);
1998 год — бурение остановлено Комитетом по научным исследованиям в Антарктике (СКАР) во избежание проникновения в воды озера с грязной технологией.
Специалисты СПбГУ и ААНИИ разрабатывают экологически чистую технологию проникновения в озеро, которая точно отслеживает момент проникновения и исключает проникновение в озеро заливочной жидкости;
2006—2007 годы — возобновление бурения;
5 февраля 2012 года — буровой снаряд достиг воды озера на глубине 3769,3 м.

Для обеспечения чистоты исследования, пишут ученые, они стерилизовали поверхность кернов в гипохлорите натрия и затем подвергали их таянию в стерильных условиях. Они утверждают, что сделали все, чтобы исключить контаминацию — загрязнение проб посторонней ДНК. В получившейся воде они секвенировали всю ДНК. Этот метод относится к метагеномике, когда ученые анализируют не геномы отдельных организмов, а ДНК сразу всего сообщества, чтобы потом попробовать выделить из нее отдельные виды. В данном случае специалисты использовали методы не только метагеномики, но и метатранскриптомики, то есть анализировали, какая РНК образовывалась с ДНК. Всю ДНК подвергали пиросеквенированию.

В пробе V5 генетики нашли 3369 уникальных последовательностей, из которых 1543 они смогли классифицировать как принадлежащие к каким-то таксонам. В пробе V6 уникальных последовательностей оказалось 138, из которых 80 удалось классифицировать.

Большинство последовательностей принадлежали бактериям (94% в V5 и 83% в V6). Только две последовательности ученые отнесли к археям. Остальные принадлежали к высшим организмам — эукариотам (имеющим ядро) (4% в V5 и 17% в V6), это грибы, простейшие и пр. 150 последовательностей генетики расценили как принадлежащие к многоклеточным организмам, среди которых членистоногие (например, дафнии и другие рачки), моллюски, коловратки, черви. Некоторая ДНК принадлежала многочисленным паразитам высших животных — бактериям, живущим в желудке рыб, рачков и пр.

Организмы, найденные по ДНК, занимали самые разные экологические ниши: они обитали в почве, осадочных отложениях, морской и пресной воде, в животных и растениях. Среди них были аэробы, анаэробы, любители холода — психрофилы и теплолюбивые термофилы, переносящие высокую соленость галлофилы и терпимые к кислоте ацидофилы, самостоятельно производящие органику автотрофы и потребляющие органику гетеротрофы — в общем, полное разнообразие жизненных форм. А присутствие РНК, которые специалисты обнаружили косвенными молекулярно-генетическими методами, говорит о том, что по крайней мере часть из этих организмов — живые, в которых работают гены и синтезируются белки.

Итак, делают вывод американские исследователи, среди которых наш соотечественник Юрий Штаркман (первый автор статьи),

подледное озеро Восток, несмотря на экстремальные условия в нем, содержит сложную экосистему.

Некоторые организмы, в том числе многоклеточные, по их мнению, могут обитать вокруг глубоководных гидротермальных источников, которые предположительно имеются на дне озера. А население гидротерм на дне океана, как известно, очень богато и разнообразно. Много миллионов лет назад, напоминают ученые, озеро Восток было окружено лесами, покрывающими Антарктиду. Возможно, тогда озеро было заливом океана, но наверняка оно изобиловало живыми организмами. Возможно, от того времени остались какие-то сообщества, приспособившиеся к совсем другим условиям и образовавшие подледную жизнь.

Ученые отвергают подозрения в том, что все, что они нашли, могло быть лишь контаминацией. Они считают, что работали в строго стерильных условиях и соблюдали все необходимые требования при проведении, например, полимеразной цепной реакции. «Но и с практической точки зрения трудно себе представить, чтобы такое разнообразие живых организмов, обитающих в таких разных условиях, которое мы обнаружили, было результатом контаминации», — пишут авторы статьи. Кстати, раньше команда Скотта Роджерса пыталась культивировать микроорганизмы из льда, но теперь перешла на молекулярно-генетические методы.

За комментариями «Газета.Ru» обратилась к Сергею Булату, руководителю лаборатории молекулярной и радиационной биофизики ПИЯФ, который много лет руководит молекулярно-генетическими исследованиями проб из озера Восток.

— Как вы можете прокомментировать сенсационные результаты американских исследователей?

— Я знаю Роджера Скотта, видел эту статью. Это очень грязная работа. Я могу со стопроцентной уверенностью заявить, что это все контаминация.

Материал, на котором она сделана, был получен еще в 1996 году. Тогда у нас было сотрудничество — с одной и той же глубины керны льда делились и обрабатывались параллельно. Но когда мы попытались сделать совместную публикацию, это оказалось невозможно. В параллельных образцах льда они нашли все, что угодно, а мы ничего не нашли. Мы считаем, причина в том, что у них «грязная» лаборатория, не соответствующая стандартам чистоты. Мы с ними прекратили сотрудничество года три назад — не только мы, но и французы, наши коллеги в Гренобле.

Сейчас они применили метагеномный анализ, когда выделяют всю имеющуюся ДНК и полностью секвенируют. Но этот подход невозможен, когда речь идет о малой биомассе. У Роджерса ведь было очень мало клеток — 5–6 клеток на 1 мл воды.

При такой биомассе метагеномику сделать нельзя, так как те наборы, которые имеются для амплификации ДНК, сами загрязнены чужеродной ДНК. Очистить их невозможно.

— Они приводят такой аргумент: поскольку мы нашли такое большое разнообразие живых организмов, живущих в совершенно разных условиях, это не может быть контаминацией.

Стандарты чистоты

Требования к стандартам чистоты, по которым работают молекулярные биологи из ПИЯФ и их французские коллеги:
сертифицированные по стандартам чистоты помещения;
контрольные пробы при проведении полимеразной цепной реакции;
параллельный анализ одних и тех же образцов в разных, удаленных друг от друга лабораториях;
сравнение всех найденных последовательностей с базой контаминантов.

— Да все это может у них быть просто на полу в лаборатории, принесено откуда угодно. И грибы, и водоросли, и все что угодно попадает в пробирки. Если бы Роджерс попытался подать свою статью в Science или Nature, вы бы посмотрели, что произошло.

Мы тоже анализировали два типа аккреционного льда, в том числе тот, который содержит минеральные включения, обломки горных пород и пр. А это означает, что ледник соскребает эти минералы с осадочных пород и переносит их при движении. Эти включения попадают из области островка и мелкого залива. Но мы проанализировали этот лед и ничего там не нашли.

— Интересно, что в статье Роджерса нигде не упоминается российская скважина, из которой взяты керны льда.

— Ну, это плохо. Но дело обстоит так, что с 1990 по 1996 год было трехстороннее соглашение между русскими, американцами и французами по скважине 5Г-1. Американцы предоставляли самолеты, французы — оборудование для бурения, а русские бурили. И по этому соглашению керны льда, которые извлекались из скважины, делились на три части, по 50 см. Американцы свой лед сразу вывозили и помещали в хранилище в Денвере. Из этого хранилища по заявкам исследователи получают лед и считают, что это уже их достояние. Плохо то, что они работают в обычной, не в «чистой» лаборатории.

— А каковы ваши последние успехи в анализе ДНК из Востока?

— Мы уже давно изучили аккреционный лед и показали, что он чист. Сейчас мы в чистом помещении в Гренобле анализировали пробу воды (уже жидкой воды). Я думаю, что результаты будут в сентябре. Поэтому сейчас я пока не могу ничего сказать. Сигналы какие-то получены, но я опять должен подчеркнуть: биомасса в воде очень и очень низкая. Вода, которую мы сейчас анализируем, получена из слоя переохлажденной воды, которая контактировала с ледником. И жизнь такую воду не любит. Это не идеальное место для жизни тех же бактерий — они должны обитать в толще воды или у дна.

Требования к стандартам чистоты, по которым работают молекулярные биологи из ПИЯФ и их французские коллеги:

сертифицированные по стандартам чистоты помещения;
контрольные пробы при проведении полимеразной цепной реакции;
параллельный анализ одних и тех же образцов в разных, удаленных друг от друга лабораториях;
сравнение всех найденных последовательностей с базой контаминантов.