Подледное антарктическое озеро Восток является единственным гигантским водоемом на нашей планете, не испытывавшим контакта с внешней средой на протяжении последних 14 миллионов лет. Поэтому оно рассматривается как идеальная экспериментальная площадка для поиска жизни в так называемых ледяных мирах Солнечной системы.
Ледяные миры Солнечной системы
Спутники Юпитера «Европа» и спутник Сатурна «Энцелад» известны тем, что под их твердой поверхностью может располагаться многокилометровый слой жидкой соленой воды. Вдобавок к этому Энцелад до сих пор проявляет геологическую активность, которая может служить источником энергии для поддержания жизни. К сожалению, отправка межпланетной космической станции, несущей на борту специальных роботов для бурения километров породы, взятия образцов и возврат их на Землю, на сегодняшний день задача практически невыполнимая.
Но в недалеком будущем все возможно. А пока ученые-астробиологи пытаются понять то, какие формы жизни могут населять темные ледяные миры. Благо, на нашей планете есть места, очень напоминающие холодные подземные океаны спутников планет-гигантов. Конечно же, это Антарктида – шестой материк, полностью покрытый многокилометровым слоем льда. Примерно с 1960-х годов известно, что под толстым слоем твердого ледяного панциря Антарктиды располагаются озера жидкой воды. Это важно, так как наличие жидкой воды является обязательным условием для развития известной нам формы жизни.
Озеро Восток
Самое большое и самое изученное подледное озеро «Восток» находится под одноименной российской антарктической станцией. Именно российские ученые первыми пробурили почти 4 км льда и достигли воды глубокого озера, не имевшего связи с внешней средой, по крайней мере, последние 14 миллионов лет. Такая длительная изоляция позволяет предполагать, что жизнь в озере Восток могла развиваться своеобразным путем и приобрести черты, изучение которых может помочь нам понять способы существования органического мира во вселенной.
Условия в подледном озере бросают вызов самым выносливым живым организмам: давление воды в 400 раз выше атмосферного на уровне моря, абсолютная темнота, крайне низкое содержание растворенных минеральных веществ. Температура воды держится ниже точки замерзания на уровне ‑2,6 °C и при контакте с надвигающимся ледником моментально превращается в так называемый аккреционный лед, состоящий из двух отдельных слоев. Самый верхний Аккреционный лед I (от 3539 до 3608 м), содержит включения горных пород от миллиметрового до сантиметрового размера (последний известен под названием «Большая каменюка»). Более глубокий Аккреционный лед II (ниже 3608 м) прозрачный и очень чистый.
Бурение ледника на глубину 4 км и отбор проб
Первое проникновение в воды озера Восток было осуществлено 6 февраля 2012 года. Бур проломил лед на глубине 3769 м и вода под давлением хлынула в буровую скважину на высоту 363 м, после чего замерзла с образованием так называемого «керна» – ледяного столбика. Второй раз пробы воды удалось получить 25 января 2015 года. Так как бурение осуществлялось в сотрудничестве с США и Францией, каждое государство получило треть отобранных кернов.
Технология бурения и отбора воды с такой глубины остается серьезным техническим вызовом, в особенности в отношении получения чистых образцов, не зараженных привнесенным извне биологическим материалом. Далеко не сразу ученые пришли к выводу о том, что анализ полученных кернов должен проводиться в стерильных условиях с соблюдением мер очистки исследуемого материала, отличных от общепринятых ранее.
Американцы нашли много живых форм, но российские ученые доказали их ошибку
Все это привело к тому, что американские ученые выявили в своих образцах из подледного озера Восток многообразие жизненных форм, достаточное для формирования полноценной экосистемы с морскими, пресноводными, почвенными микроорганизмами, симбионтами высших животных, грибами и ракообразными.
В то же время французские и российские ученые из тех же образцов сумели выделить максимум 3 разновидности бактерий, из которых лишь одна претендует на неизвестный до этого вид: филотип 307v35-9, который рассматривается как пресноводная аэробная железобактерия из семейства Gallionellaceae.
Лаборатория криоастробиологии ищет неизвестные формы жизни
В России поиском неизвестных на Земле форм микробной жизни в подледниковом Антарктическом озере Восток занимаются сотрудники Лаборатории криоастробиологии отделения молекулярной и радиационной биофизики НИЦ «Курчатовский институт» ПИЯФ, Санкт-Петербург, под руководством кандидата биологических наук Булат Сергея Алексеевича.
Следует оговориться, что в подобных исследованиях ученые не занимаются поиском отдельных живых организмов под микроскопом или чем-то в этом роде. Применяется метод метагеномного секвенирования всего отфильтрованного из пробы воды генетического материала. Этот метод основан на том факте, что для каждого вида живого организма характерен свой уникальный набор генов. Также как и для поимки преступника полиция использует отпечатки пальцев, биологи применяют секвенирование (от лат. «последовательность») для определения следов живых организмов (ДНК-дактилоскопия).
Таким образом, из всей совокупности генетического материала, ученые выделяют уникальные последовательности нуклеотидов и сравнивают их с содержащимися в существующих базах данных «образах» тех или иных видов живых организмов. Проблема здесь заключается в том, что при таком методе исследования в образцы изучаемых ледяных кернов попадает генетический материал из окружающей среды: из жидкости для бурения, атмосферного воздуха, пыли, одежды исследователя и т.п.
Биота озера Восток еще ждет своих исследователей
Российские ученые в содружестве с французскими коллегами нашли решение проблемы загрязнения образцов ледяных кернов. Они создали специальную базу контаминантов (загрязнителей) с которой сверяют весь добытый генетический материал. Оказалось, что большая часть ДНК из подледной воды озера Восток принадлежит этим самым контаминантам, то есть попала в образцы случайно из внешней среды. Этим объясняется драматическая разница в данных российских и американских ученых о наличии форм жизни в озере Восток.
После 2015 года бурение на станции Восток не проводилось. Ученые и инженеры хотят лучше подготовиться перед следующей попыткой поиска необычных форм жизни в изолированном подледном озере. Нужно усовершенствовать протоколы отбора и анализа проб воды, разработать специальное оборудование, способное отбирать воду непосредственно со дна озера, где условия для жизни более благоприятны, чем в толще воды.
Источник:
Bulat S.A., Doronin M.V., Pavlov G.P., Karlov D.S., Marie D., Petit J.-R. Unknown Widespread Iron- and Sulfur-Oxidizing Bacteria beneath the East Antarctic Ice Sheet // Paleontological Journal. – Volume 52, Issue 10, 1 December 2018. – Pages 1196-1203. DOI: 10.1134/S0031030118100076
Узнать больше о поисках внеземной жизни: