Ученые из Уппсальского университета и Университета Алабамы обнаружили в 2019 году в глубоких пещерах Нью-Мексико цианобактерии, способные к фотосинтезу без солнечного света. Микроорганизмы используют ближний инфракрасный диапазон, превращая энергию теплового излучения в питательные вещества для жизни. Несмотря на то, что работа была опубликована достаточно давно, исследование инфракрасных бактерий только набирает силу.
Ближний инфракрасный свет. Излучение, которое используют эти бактерии, находится в диапазоне длин волн до 780 нм. Для сравнения, предел обычного фотосинтеза растений заканчивается на 700 нм. Способность микробов переключаться между типами хлорофилла — это эволюционный «предохранитель». В светлых частях пещеры они работают как обычные растения, но в глубине активируют редкие пигменты, превращая «тепловой шум» камней в основу для сложной экосистемы.
В глубоких залах пещеры Карлсбад, куда никогда не проникает солнце, исследователи обнаружили яркие пятна зеленого пигмента. Это кажется невозможным, ведь классический фотосинтез требует света видимого спектра. Но биологи выяснили, что пещерные цианобактерии перестроили свой аппарат управления энергией. Вместо привычного хлорофилла типа «а», они используют формы «d» и «f».
Эти молекулы настроены на улавливание длинных волн света, которые человек воспринимает как тепло. Известняковые стены пещер работают словно система зеркал: они поглощают видимый спектр, но многократно отражают и концентрируют инфракрасные лучи, создавая условия для развития жизни в полной темноте.
Маяк для поиска экзопланет
Открытие имеет колоссальное значение для астробиологии, так как большинство звезд в нашей галактике — это красные карлики. Они холоднее Солнца и излучают энергию преимущественно в том самом инфракрасном диапазоне, который освоили пещерные бактерии. Раньше считалось, что жизнь на планетах у таких звезд невозможна из-за нехватки «правильного» света для фотосинтеза. Теперь границы обитаемых зон расширяются.
Соавтор работы Хейзел Бартон отмечает перспективность этой находки для будущих миссий: «Наша работа направлена на то, чтобы выяснить, какова самая большая длина волны и самый низкий уровень света, при которых возможен фотосинтез. Это позволит нам взять сто миллиардов потенциальных звезд и сократить их число до пятидесяти, на которые стоит направить телескоп Джеймс Уэбб». Если микробы на Земле процветают в таких условиях, то и атмосферы далеких планет могут быть наполнены кислородом, произведенным аналогичным путем.
Работа опубликована в журнале Environmental Microbiology в 2020 году, но исследование удивительных бактерий продолжаются. Проходят новые экспедиции, формируется база данных. Главным заказчиком работ является NASA.