На протяжении долгих лет ученые считали недра земного шара совершенно непригодными для существования каких-либо форм жизни. Но все изменилось в 2002 году, когда при бурении очередной скважины старатели золотого прииска Мпоненг в Южной Африке наткнулись на водоносную жилу. Там, на глубине 2,8 км, было обнаружено древнейшее микробное сообщество, просуществовавшее в полном отрыве от всей остальной земной биосферы в течение нескольких миллионов лет.
В результате тщательного анализа удалось выяснить, что подземные воды, находящиеся под большим давлением, имели повышенное содержание всевозможных солей (в основном сульфатов), растворенных газов – таких как водород, метан и углекислый газ, – а также были насыщены простыми органическими соединениями (углеводород, формиат, ацетат). При этом изотопный состав органической составляющей позволил сделать вывод, что она имеет геологическое, а не биологическое происхождение. Особо интересным показался исследователям и тот факт, что подземная вода была достаточно горячей – около 60 ºС, что приблизительно соответствует температуре первоначального реликтового океана в архейскую эру. Удивительно и то, что микробное сообщество в течение очень длительного времени обходилось без притока вещества из биосферы, а значит, было независимо от поступления энергии с поверхности – для земных форм жизни это совершенно аномальная способность.
БОЛЬШИНСТВО МИКРООРГАНИЗМОВ, обнаруженных в подземных водах, оказались сернистыми бактериями, которые восстанавливают сульфаты с помощью молекулярного водорода. В отличие от других подземных микробов, использующих для этой цели кислород, произведенный фотосинтезирующими организмами, «затворники» с шахты Мпоненг действительно способны существовать без доступа биогенных элементов, используемых для добывания необходимой энергии. Пожалуй, единственным условным аналогом «самодостаточных» микробов можно считать сообщество микроорганизмов подледного антарктического озера Восток, но, во-первых, одноклеточные Антарктиды пробыли в изоляции сравнительно недолго (согласно предположениям ученых, несколько десятков тысяч лет), а во-вторых, они все же существуют под некоторым влиянием солнечного излучения. Крайне примечательно, что кроме других форм примитивных одноклеточных членами подземного сообщества оказались четыре реликтовых архейских метаногенных микроорганизма – они сохранились со времен преобладания метана и других углеводородов в самые начальные этапы истории Земли ранее 3,5 миллиарда лет назад.
ПРИСТАЛЬНОЕ ВНИМАНИЕ было уделено и рассмотрению изотопного состава водной толщи – ведь соотношение различных изотопов может многое рассказать об особенностях ее формирования и дальнейшей истории. Подробные исследования выявили два вероятных сценария образования воды. В соответствии с первым, жидкость просочилась под землю несколько миллионов лет назад. Другое предположение отличается гораздо большей эффектностью: согласно ему, часть водной массы представляет собой древнейшую геотермальную воду возрастом до 2,5 миллиарда лет, а другая ее часть – сравнительно «молодая» вода, проникшая на глубину около 3 миллионов лет назад. В ходе детальных исследований выяснилось, что в водной массе присутствует только один вид архаичных бактерий, имеющих аномальные приспособления к существованию в экстремальных условиях, а доля остальных микроорганизмов столь мала, что не превышает 0,1 %. Ученым было трудно в это поверить: до этого существование замкнутой экосистемы, состоящей из одного вида, считалось абсолютно невозможным.
КОНЕЧНО, ОБНАРУЖЕНИЕ автономного микробного сообщества – случай уникальный, но нельзя исключать и другие варианты нахождения низших одноклеточных в различных рефугиумных обстановках, не обязательно экстремальных (refúgium в переводе с латыни – «убежище»: это участок земной поверхности или Мирового океана, где вид переживает неблагоприятный период геологического времени. – Ред.). В ходе развития земной биоты – «населения» планеты – было несколько качественных переходов, которые сопровождались резким усилением уровня организации существ. Вероятно, первым из таких переходов было изменение генетического кода самых примитивных одноклеточных с РНК на ДНК. Вывод о возможном существовании в прошлом «мира РНК» был сделан несколькими независимыми исследователями в 80–90-е годы прошлого века: это суждение было высказано по причине существования в животных и растительных клетках некоторых органелл, для которых нуклеиновой кислотой, передающей наследственную информацию, является не ДНК, а РНК. Сейчас для всех, даже самых примитивных микроорганизмов «центральным» передатчиком генетической информации все же является ДНК, но, судя по всему, в начальные этапы биологической эволюции, занявшие миллиарды лет, эту роль играла более примитивная РНК. Уникальной особенностью этой первой смены биологической формации было то, что, в отличие от всех последующих смен, организмы с более примитивным состоянием не сохранились, а были вытеснены более приспособленными ДНК-прокариотами. В этой ситуации особое значение принимает возможное обнаружение ныне живущих РНК-организмов. Такое событие имело бы значение, в первую очередь, для определения пути возникновения усовершенствованной нуклеиновой кислоты ДНК и самых примитивных форм жизни.
В качестве источника энергии обитающие под землей бактерии используют ядерные реакции
КСТАТИ, НЕДАВНО ПОЯВИЛОСЬ сообщение об обнаружении в одной из клеточных органелл возможного предшественника РНК. Это значит, что период времени, в течение которого развивались примитивные одноклеточные организмы, еще больше удлиняется и может составить миллиарды лет. Согласно подсчетам молекулярных биологов, появление первых таких организмов могло произойти 8–9 миллиардов лет назад (напомним, что возраст самой нашей планеты составляет примерно 4,5 миллиарда лет). В этих условиях гипотеза панспермии – возникновения жизни на Земле в результате занесения «зародышей» из космоса – получает весьма надежное подтверждение. А возможное исследование других тел Солнечной системы и обнаружение на их поверхности (или под нею) микроорганизмов может приоткрыть завесу над механизмами и конкретными обстоятельствами их эволюции, продолжавшейся миллиарды лет.
Это новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.
