Коли бактерії пожирають камені в антарктичних глибинах, Телеполіс
За 800 метрів під льодовиками Західної Антарктиди є озеро з багатою екосистемою та безліччю бактерій, що викликає радість астробіологів
Використовуючи найновіші методи буріння та методи відбору проб ґрунту, міжнародна група дослідників виявила екосистему, яка була недоторканою щонайменше 120 000 років на 800 метрів під крижаною бронею Західної Антарктиди. Вони розташували льодовикове озеро, в якому мешкають численні види бактерій. Без світла вони харчуються осадовими породами і отримують кисень з талої води.
У сьогоднішньому випуску журналу Nature команда повідомляє про відкриття екстремофільних мікроорганізмів. Це робить антарктичний континент найбільшою незвіданою екосистемою на суші. Той факт, що мікроби процвітають у цьому непривітному середовищі, також впливає на пошук життя в космосі.
Загальна маса мікробіологічного життя на нашій планеті майже непередбачувана. Мікробіологи підрахували, що Bacillus & Co. в п’ять-двадцять п’ять разів перевищує масу всієї фауни, яка зараз живе. Зрозуміло, що до цього часу наука в кращому випадку досліджувала лише периферійні райони мікросвіту і таксономічно реєструвала максимум один відсоток його мешканців.
Вперше з’явившись 3,4 мільярда років тому, мікроорганізми, з одного боку, є одними з найстаріших живих істот на землі, з іншого боку, вони є безумовно найуспішнішими та водночас найбільш стійкими формами життя на нашій планеті.
Екстремальні екстремофіли
Вони присутні практично скрізь і не піддаються екстремальним екологічним умовам. У полярному морському льоду, в гарячих джерелах, з високою концентрацією солі, в основних або кислих умовах, на великих глибинах (без світла), під високим тиском, у космосі (без кисню) ці вижилі з легкістю розмножуються.
Вони не тільки серед найбільш екзотичних та пристосованих істот у нашому світі, вони також могли знайти свої ніші на сусідній планеті Марс та деяких супутниках нашої Сонячної системи - або побудувати свій дім десь там на інших позасонячних небесних тілах.
Існує більше десятка різних категорій стійких мікроорганізмів цього кольору, таких як червона водорость Гальдієрія, яка належить до екстремофільного класу термофілів. Вона, очевидно, веселиться в опікуючих гарячих джерелах Єллоустонського національного парку. Ще одним дуже вражаючим екстремофілом є бактерія Deinococcus radiodurans.
Цей одноклітинний організм, один із радіофілів, якого мікробіологи жартома називають «Конан, бактерія», характеризується дуже вираженою стійкістю до випромінювання, оскільки почувається як вдома в охолоджуючій воді атомних електростанцій.
Мікробні колонії в підльодовикових районах
Зараз міжнародна міждисциплінарна група вчених навколо мікробіолога Брента К. Крістнера з Університету штату Луїзіана (штат Луїзіана) повідомляє про відкриття мікробної екосистеми в Західній Антарктиді, представники якої належать до екстремофільного класу холодолюбних кріофілів і відокремлені помножити будь-яку сонячну радіацію.
У спеціалізованій статті, опублікованій сьогодні в Nature, дослідники описують багату та, з точки зору біорізноманіття, велику спільноту мікроорганізмів, які знайшли біотоп у льодовиковому озері за 800 метрів під крижаним покривом Західної Антарктиди.
Вперше мікробіологам та геологам вдалося взяти зразки води та осаду з підльодовикового льодовикового озера на глибині 800 метрів, використовуючи новітні методи буріння та методи відбору проб ґрунту. Питання про те, чи може мікробне життя вижити в льодовикових озерах Антарктиди, до сьогодні було суперечливим у дослідженнях.
Але зараз це виставляється на перспективу, оскільки дослідники навколо Крістнера вперше виявили колонії мікроорганізмів у таких районах. "Схована під льодом Антарктики на глибині півмилі - це незвідана частина нашої біосфери. WISSARD дав нам змогу зазирнути в природу мікробіологічного життя там", - говорить Брент Крістнер, провідний автор поточного видання "Природа". -Опублікувати.
Перший аналіз на місці
WISSARD розшифровується як "Проект досліджень буріння підледницького доступу" за допомогою льодовикового потоку ", проект, що субсидується Національним науковим фондом США (NSF) на 20 мільйонів доларів США, в результаті якого одноклітинні організми були вилучені з глибин Антарктики вперше під час буріння.
Команда WISSARD взяла перші зразки з льодовикового озера 28 січня 2013 року. Кілька годин потому вони змогли виявити перші живі клітини в мікроскопі під час першої інвентаризації на місці, перш ніж дослідники потім підготували зразки до транспортування, запечатали їх герметично, упакували протиударними і відправили в різні лабораторії, де вони піддали їх інтенсивному хімічному та біологічному аналізу були.
Для того, щоб виявити мікробну активність, у лабораторіях послідували подальші обстеження за допомогою потужних мікроскопів. Крім того, дослідники секвенували ДНК, що плавала у воді, а також культивували мікроби, знайдені в лабораторних умовах.
За словами Мартіна Трантера з Університету Брістоля (Великобританія), результат, представлений зараз у Nature, можна побачити, як пояснює гляціолог у статті News & Views, що додається до статті Nature:
Цей звіт є віхою для полярних досліджень, оскільки завдяки відбору проб без забруднення він вперше чітко показує, що мікроби є у воді та в осадовій породі - за 800 метрів під льодом, льодовикове озеро озера Віллан при температурі мінус 0,17 за Цельсієм.
130 000 клітин і 3931 одноклітинний вид
Дослідники виявили в озері 130 000 клітин на мілілітр, що приблизно відповідає середній щільності мікробів у глибоководних водах. 130 000 живих клітин, які можна віднести до 3931 різних типів бактерій та груп архей (первісних бактерій). Це робить мікробну спільноту в льодовиковому озері набагато складнішою, ніж можна було б очікувати від екосфери, яка була ізольована від решти світу протягом декількох сотень тисяч років.
"Я був здивований тим, наскільки багата екосистема. Це дуже вражає", - говорить мікробіолог і біогеохімік Джон К. Приску з Державного університету штату Монтана в Боземані, штат Монтана, який сприяв цьому відкриттю.
Дійсно, зразки говорять чіткою мовою. Вони кажуть, що мікроорганізми в озері Уілланс виживають щонайменше 120 000 років або до мільйона років без енергетичного світла сонця та поза фотосинтезом. "У нас тут є процвітаюча екосистема", - говорить Девід Пірс, мікробіолог з Університету Нортумбрії в Англії. "Вперше ми мали реальне уявлення про те, які організми лежать під антарктичним континентом".
Добре дезінфікується
Оскільки є багато представників 3931 активних видів бактерій та архей, які, як відомо, отримують свою енергію з осадових порід, Крістнер та його колеги припускають, що більшість одноклітинних організмів отримують їжу нижче шару льоду таким же чином і більше того необхідний кисень витягується з талої води.
Великий вибір кулінарних страв не залишений для бактерій, які живуть у постійній темряві та ізольовано, оскільки - на відміну від своїх колег із глибокого моря - поверхня як постачальник поживних речовин (мертві водорості та різні інші організми) повністю виключається.
Команді WISSARD довелося проявляти граничну обережність при бурінні. Зрештою, їм довелося запобігати забрудненню середовищ існування, які за будь-яких обставин довгий час були ізольовані від зовнішнього світу. Для цього вчені спочатку розробили метод, за допомогою якого буріння та відбір проб можна проводити без забруднення зразка організмами з земної поверхні.
Для цього вони постійно опромінювали свердло з гарячою водою та вимірювальні прилади та контейнери для зразків УФ-світлом. Очевидно, їм вдалося вивести чисту воду та зразки гірських порід на денне світло.
400 мережевих підльодовикових озер
Вперше вчені виявили рідку воду під товстим шаром льоду в Антарктиці 41 рік тому. З тих пір геологи встановили майже 400 підльодовикових озер за допомогою радіолокатора та супутника, які лежать під антарктичними крижаними покривами, товщина яких в середньому становить три кілометри.
Підльодовикові озера в Антарктиді представляють великий інтерес для мікробіологів, оскільки густий крижаний покрив над ними фактично захищає їх від зовнішнього світу та сонця протягом мільйонів років, так що всі одноклітинні організми, які потенційно живуть у цьому середовищі, буквально збережені.
У той час як найбільше і найвідоміше льодовикове озеро в Антарктиді, озеро Схід, має довжину 250 кілометрів, 50 кілометрів завширшки і глибину до 1200 метрів, озеро льодовиків, оглянуте командою WISSARD, озеро Вілланс розміром близько 60 квадратних кілометрів - і мінус 0,17 градуса Цельсія.
Вчені підозрюють, що 400 озер під Антарктидою з'єднані мережею підльодовикових річок. Таким чином відбувається вирівнювання тиску - і транспорт води між ними. Однак там, де саме мікроби знайшли свої ніші в підльодовикових регіонах, поки що залишається повністю відкритим. "Ми повинні поїхати туди і взяти проби з озер", - закликає Пріску.
Крижаний місяць Європа на підйомі
Той факт, що мікроорганізми розмножуються в повній темряві майже мільйон років під крижаною бронею товщиною 800 метрів, також викликає астробіологів на місце події. Місяць на Юпітері Європа повертається у фокус. Зрештою, астробіологи вважають четверту за величиною з 67 супутників Юпітера, як відомо, найгарячішим кандидатом на позаземне життя в нашій Сонячній системі.
Ймовірність потенційного життя в Європі зросла, коли дослідницький зонд НАСА "Галілей" знайшов чіткі докази під час прольоту над Європою на відстані лише 351 кілометр у середині 90-х років, що безліч тріщин на поверхні були не що інше, як щілини величезні крижини.
Крижані покриви, які постійно змінюють своє положення таким чином, що вони можуть плавати лише на одній рідині. Рідкий океан води існує на 100 кілометрів під крижаною поверхнею Європи. І на думку багатьох екзобіологів, там могли б процвітати мікроорганізми або навіть примітивні багатоклітинні клітини.
Для керівника проекту дослідження WISSARD Брента Крістнера поточна знахідка екстремофілів, що живуть під крижаним покривом Антарктики, безсумнівно, також збільшує ймовірність мікробного життя в Європі.
На запитання, чи недавнє відкриття наводило ще один аргумент, який виправдовує місію в Європу, Крістнер Телеполіс відповів:
Звичайно, можна знайти багато зв’язків між підльодовиковим озером Уілланс та океаном місяця Юпітера Європа. Але врешті-решт відмінності переважають відмінності. На мій погляд, Місяць Європа все ще є вартим призначення. Нам слід дослідити це і шукати там живі організми.
Англійський гляціолог Мартін Трантер також вважає, що нинішня знахідка має астробіологічні наслідки:
Відкриття авторів ставить питання про те, чи можуть мікроби на неземних небесних тілах під крижинами також їсти осадові гірські породи, наприклад, на Марсі. Ця ідея тепер має більше тяги.
Відео WISSARD та робота in situ (перше відео).