|
Жизнь микроба на глубине мили
|
|
|
|
Если сложить все микробы, живущие глубоко под поверхностью Земли, количество биомассы перевесит всю жизнь в наших океанах. Но поскольку этой изобильной жизни так трудно достичь, она широко недостаточно изучена и не до конца понята. Получив доступ к глубоким подземельям через бывшую лабораторию, превратившуюся в золотую жилу, в Блэк-Хиллз в Южной Дакоте, исследователи Северо-Западного университета собрали наиболее полную на сегодняшний день карту неуловимых и необычных микробов под нашими ногами. В общей сложности исследователи охарактеризовали около 600 микробных геномов, некоторые из которых являются новыми для науки. По словам геолога Северо-Запада Магдалены Осберн, возглавлявшей исследование, большинство микробов из этой группы относятся к одной из двух категорий: «минималисты», которые упростили свою жизнь, питаясь одним и тем же весь день, каждый день, и «максималисты», которые готовы жадно захватить любой ресурс, который может оказаться на их пути. Журнал Environmental Microbiology принял исследование. Ранняя версия рукописи теперь доступна в Интернете.
|
|
|
|
Новое исследование не только расширяет наши знания о микробах, живущих глубоко в недрах, но также намекает на потенциальную жизнь, которую мы когда-нибудь можем найти на Марсе. Поскольку микробы живут за счет ресурсов, обнаруженных в камнях и воде, которые физически отделены от поверхности, эти организмы также потенциально могут выжить в пыльных красных глубинах Марса. «Глубокая подповерхностная биосфера огромна; это просто огромное пространство», — сказал Осберн, доцент кафедры наук о Земле и планетах в Вайнбергском колледже искусств и наук Северо-Западного университета. «Мы использовали шахту как канал для доступа к этой биосфере, до которой трудно добраться, как бы вы к ней ни подходили. Сила нашего исследования в том, что в итоге мы получили множество геномов, многие из которых принадлежали недостаточно изученным группам. Из этой ДНК ", мы можем понять, какие организмы живут под землей, и узнать, что они могли бы делать. Это организмы, которые мы часто не можем вырастить в лаборатории или изучить в более традиционных контекстах. Их часто называют «микробной темной материей», потому что мы знаем так мало о них."
|
|
|
В течение последних десяти лет Осберн и ее ученики регулярно посещали бывшую шахту Хоумстейк в Лиде, Южная Дакота, для сбора геохимических и микробных образцов. В этой глубоко подземной лаборатории, которая теперь называется Сэнфордским подземным исследовательским центром (SURF), проводится ряд исследовательских экспериментов по ряду дисциплин. В 2015 году Осберн основал шесть экспериментальных площадок под общим названием «Микробная обсерватория глубоких шахт» на всей территории SURF. «Шахта теперь является объектом, посвященным подземной науке», - сказал Осберн. «Исследователи в основном проводят эксперименты по физике частиц высоких энергий. Но они также позволяют нам изучать глубокие биосферы, обитающие в камнях. Мы можем проводить эксперименты на контролируемом выделенном участке и проверять их несколько месяцев спустя, чего у нас не будет. делать в действующей шахте». Пробуривая отверстия в горных породах внутри шахты, Осберн и ее команда захватывают жидкость гидроразрыва, состоящую из воды и растворенных газов. Возраст некоторых из этих жидкостей достигает 10 000 лет, и они изобилуют микробной жизнью, которую иначе изолируют и игнорируют.
|
|
|
|
В новом исследовании Осберн и ее команда собрали восемь образцов жидкости, собранных в различных точках шахты — от поверхности до глубины около 1,5 километров. Диапазон образцов дает представление о градиенте микробной жизни с глубиной. Вернувшись в лабораторию Осберна в Северо-Западном университете, она и ее команда секвенировали микробную ДНК, содержащуюся в образцах. Из почти 600 охарактеризованных геномов микробы представляли 50 различных типов и 18 типов-кандидатов. В этом разнообразном сообществе микробов Осберн обнаружил, что в какой-то момент каждая линия тяготеет к жизненно важной траектории: стать минималистом или максималистом. «Многие из обнаруженных нами микробов были либо минималистичными: сверхоптимизированными с одной задачей, которую они очень хорошо выполняют в тесном консорциуме сотрудников, либо они могли делать все понемногу», — сказал Осберн. «Эти максималисты готовы к любому ресурсу, который появляется. Если есть возможность произвести немного энергии или преобразовать биомолекулу, она подготовлена. Глядя на ее геном, мы можем сказать, что у нее есть много вариантов. может просто сделать свое».
|
|
|
|
Минималисты, как объяснил Осберн, обычно делятся ресурсами с друзьями, у которых тоже есть специализированная работа. «У некоторых из этих линий даже нет генов, отвечающих за выработку собственных липидов, и это просто поражает меня», — сказал Осберн. «Потому что как можно создать клетку без липидов? Это похоже на то, как люди не могут производить каждую аминокислоту, поэтому мы едим белок, чтобы получить аминокислоты, которые не можем производить самостоятельно. Но это в более экстремальных масштабах. ... Минималисты — экстремальные специалисты, и вместе они добиваются успеха. Это много общего и никакого дублирования усилий». Поскольку мы представляем жизнь за пределами нашей Земли, Осберн сказал, что эти подземные микробы могут дать ключ к разгадке того, что потенциально может жить где-то еще. «Я очень волнуюсь, когда вижу доказательства существования микробной жизни, которая делает свое дело без нас, без растений, без кислорода, без приземной атмосферы», — сказала она.
|
|
|
|
«Подобные виды жизни вполне могут существовать прямо сейчас глубоко внутри Марса или в океанах ледяных лун. Формы жизни говорят нам о том, что может существовать в других местах Солнечной системы». И они имеют последствия для нашей планеты. Например, пока промышленность ищет места для долгосрочного хранения углерода, многие компании изучают возможности закачки углекислого газа глубоко в землю. Пока мы исследуем эти варианты, Осберн напоминает нам не забывать о микробах. «Мы должны осознавать жизнь в глубоких недрах и то, как человеческая деятельность, такая как добыча полезных ископаемых и хранение углерода, может повлиять на нее», — сказала она. «Если мы будем хранить углекислый газ под землей, микробы смогут метаболизировать его, например, для производства метана. Под землей существует биосфера, которая, в зависимости от того, как она нарушена, может потенциально влиять на поверхность».
|
|
|
|
Источник
|
