Найти тему
adekvt

ДРЕВНИЕ МИКРОБЫ ОЖИВАЮТ СПУСТЯ 100 МИЛЛИОНОВ ЛЕТ ПОД МОРСКИМ ДНОМ

Увеличенное изображение показывает микробов, оживших из 101,5-миллионного осадочного слоя. Изображение : JAMSTEC
Увеличенное изображение показывает микробов, оживших из 101,5-миллионного осадочного слоя. Изображение : JAMSTEC

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.

Изображение : IODP JRSO
Изображение : IODP JRSO

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.

Карта, показывающая расположение участков отбора проб. Изображение: Y. Morono et al., 2020
Карта, показывающая расположение участков отбора проб. Изображение: Y. Morono et al., 2020

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.

Проба донных отложений. Изображение : JAMSTEC
Проба донных отложений. Изображение : JAMSTEC

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.