Ученые оживили микробов, найденных глубоко под морским дном в 100-миллионных отложениях, что значительно расширило наши представления о том, где и как долго существует жизнь на Земле.
Международная группа ученых во главе с геомикробиологом Юки Мороно из Японского агентства по науке и технике морской среды и земли возродила микробы, извлеченные донных отложений, датируемых 101,5 миллионами лет назад. В лабораторных условиях эти микробы возвращались к жизни, жевали пищу и размножались
После того, как эти микробы — разновидность бактерий — выдерживали низкоэнергетические условия в течение миллионов лет, им все же удалось «сохранить свой метаболический потенциал», согласно новому исследованию, опубликованному вчера в журнале Nature Communications.
«Еще раз — это новое исследование расширяет наш взгляд на обитаемую биосферу на Земле и способность микробов выживать в неоптимальных условиях», — сказала Вирджиния Эджкомб, геолог из Океанографического института Вудс-Хоул, которая не участвовала в новом исследовании. «Это также расширяет наше представление о том, где жизнеспособная микробная жизнь вносит свой вклад в оборот углерода и других питательных веществ в глубокой биосфере»
Ранее ученые заявляли, что они извлекли и оживили бактериальные споры из 250-миллионных кристаллов соли, найденных в Пермской формации Саладо в Нью-Мексико, но некоторые эксперты не согласились с этим выводом, заявив, что образцы были загрязнены. В 1995 году ученые оживили бактериальную спору пчелы, сохранившуюся в янтаре, возраст которой составляет от 25 до 40 миллионов лет.
Микробы, ожившие в новом исследовании, взяты из самых старых образцов морских отложений, когда-либо изученных, объяснил Мороно в электронном письме. Кроме того, исследователи «непосредственно видели микробное Возрождение через включение добавленных питательных веществ», и большая часть микробов не были спорообразующими микробами», добавил он. В этом случае пробудившиеся микробы немедленно приступили к потреблению пищи и участию в делении клеток. Бактериальные споры, с другой стороны, должны вернуться в репродуктивное состояние.
Образцы осадочных пород, содержащие микробы, были извлечены 10 лет назад на абиссальной равнине в Южно-Тихоокеанском круговороте. Эти образцы были извлечены с глубин, достигающих 75 метров под морским дном, и датированы возрастом от 13 миллионов до 101,5 миллиона лет. В этих глубоких слоях было обнаружено некоторое количество кислорода, но практически никаких органических веществ, таких как углерод (то есть пища для микробов).
Эта часть океана содержит одни из самых чистых вод в мире, благодаря низкой концентрации поверхностного фитопланктона моря, который обычно тонет и снабжает пищей подводные микробы. Поскольку морской снег, как его называют, очень легкий в этом регионе, образование донных отложений происходит исключительно медленно, образуясь с ничтожной скоростью примерно от 1 до 2 метров каждые миллион лет. Основная цель нового исследования состояла в том, чтобы выяснить, может ли жизнь существовать в такой питательной среде, и если да, то как долго эти микробы могут выживать практически без пищи.
Вернувшись в лабораторию, эти микробы были инкубированы и получили устойчивую диету из меченых изотопами субстратов, состоящих из углерода и азота. Чрезвычайно важным аспектом исследования было отслеживание микробного потребления этих добавленных продуктов питания, следовательно, стабильных изотопно-меченых субстратов.
В такой лабораторной обстановке микробы, в том числе взятые из самых старых образцов осадочных пород, реагировали почти мгновенно. В течение 68 дней исследователи с изумлением наблюдали, как население увеличивается в размерах более чем на четыре порядка. Более 99% микробов, обнаруженных в образцах, вернулись к жизни, что даже шокировало ученых.
Глубоко под морским дном «питательные вещества очень ограничены», поэтому микробы были фактически в состоянии «голодания», — сказал Мороно. «Таким образом, удивительно и биологически сложно, что большая часть микробов может быть возрождена из очень долгого времени захоронения или захвата в чрезвычайно низких питательных/энергетических условиях»
Используя ДНК-и РНК-профилирование генов, исследователи идентифицировали микробы как аэробные или кислородолюбивые бактерии. Авторы также исключили возможное загрязнение, заявив, что между толстыми слоями морского дна практически нет проницаемости.
Дженнифер Биддл, профессор Школы морской науки и политики Университета штата Делавэр, не видела никаких проблем с загрязнением.
«Эти микробы скорее всего были похоронены в отложениях Южно-Тихоокеанского водоворота, и они или их потомки сохранились там с тех пор», — сказал Эджкомб. Либо эти микробы находились в состоянии анабиоза, либо «первоначальные клетки были способны время от времени делиться с тех пор, как их похоронили, и они смотрят на N-е [неопределенное] поколение первоначальных клеток», добавил он. Эджкомб сказал, что остаются открытыми вопросы о том, «как долго различные типы микроорганизмов могут выживать в спокойном состоянии без деления»
Возрождение древних микробов звучит немного пугающе, учитывая то, что мы не знаем о них. Когда его спросили о рисках и любых мерах предосторожности, которые были приняты для эксперимента, Мороно сказал: «донные отложения считаются низкоопасными для здоровья, поскольку в этой среде не существует заражающего хозяина, такого как человек»
Тем не менее, «мы постоянно обращались с микробами в чистой комнате», и все образцы хранились в лаборатории — среде первого уровня биобезопасности — в течение всего времени.
Что касается того, как эти микробы смогли оставаться в состоянии спячки так долго, Мороно сказал, что он не уверен, но он надеется, что новые открытия «простимулируют дискуссии на эту тему» и в конечном счете идентификация механизмов выживания, необходимых для того, чтобы микробы оставались спящими в течение таких обширных геологических масштабов времени, будет обнаружена.
Новое исследование также подтверждает важность органического углерода в качестве источника пищи для микробов, живущих под морским дном.