Арктика похожа на Марс
В некоторых из самых отдаленных районов нашей планеты ученые изучают механизмы, которые помогают жизни сохраняться в виде крошечных микробов. Они обитают в условиях, которые были бы фатальными для подавляющего большинства организмов на Земле.
Живя в окружении токсичных веществ, таких как мышьяк, или в зонах, свободных от кислорода, эти выносливые организмы усваивают пищу и питательные вещества совершенно отличными способами от большинства растений, животных и людей. Некоторые из них двигаются и развиваются крайне медленно. И до недавнего времени ученые даже не считали их живыми.
Суровые условия, в которых они живут, подобны условиям, найденным на Марсе и других планетах. Развивая понимание того, как работают эти микробные сообщества, космические биологи будут лучше вооружены для выявления признаков внеземной жизни.
Доктор Амедея Перфумо из немецкого исследовательского центра Geoscience GFZ возглавляет проект BIOFROST. Он занимается изучением того, как организмы выживают в биосфере глубокой вечной мерзлоты Земли. Где температура практически всегда ниже нуля. И существует недостаток кислорода.
«Условия этих бедных кислородом и замороженных мест чрезвычайно интересны для освоения космоса. Это близкий аналог Марса», – заявила она. «Речь идет о том, чтобы определить, какие ограничения, накладываемые для жизни на Земле находятся в самых близких к космосу условиях. И выяснить, сможем ли мы лучше интерпретировать те условия, которые могут возникнуть в космической экспедиции».
BIOFROST сосредоточился на создании аналитического прибора, в котором информация о живых бактериях, например, то, какого они типа, насколько они активны и как они взаимодействуют друг с другом, извлекаются из образца вечной мерзлоты и собираются на специальный золотой платиновый фильтр.
«Я использую некоторые из самых передовых методов. Они включают NanoSIMS и наноспектроскопию. И я надеюсь предоставить научные данные о функционировании клеток в таких экстремальных условиях. А так же данные о том, как они влияют на экосистему вечной мерзлоты», – сказала доктор Перфумо.
Адаптация бактерий
Изученные доктором Перфумо образцы микроорганизмов, извлеченные из вечной мерзлоты, сумели развить уникальные способности для жизни в замороженных зонах без доступа кислорода. Их метаболизм очень сильно замедлен. И только недавно технологии стали достаточно продвинутыми для того, чтобы обнаружить, что эти организмы все еще живы.
Однако экологическая адаптация может стоить дорого. Микроогранизмы эволюционировали настолько хорошо, что идеально вписываются в свою нишу. Но любое изменение температуры может вызвать у них проблемы. В предыдущих экспериментах доктор Перфумо обнаружила, что когда температура была поднята всего на 5 градусов Цельсия, все бактерии погибли.
Это показывает очень низкую толерантность к изменению условий окружающей среды. В отличие от многих других видов бактерий. Например, различные виды бактерий, которые мы можем находить при комнатной температуре, спокойно выдерживают достаточно сильные колебания погодных условий. Тогда как бактерии из глубокой вечной мерзлоты, как правило, гарантированно живут при постоянных. Хотя и очень холодных температурах.
Жизнь и мышьяк
Высоко в Андах, в высокогорных озерах Аргентины исследователи изучают еще один организм. Это бактерия, которая выживает при высоких концентрациях мышьяка. Всемирная организация здравоохранения рекомендует использовать питьевую воду, имеющую концентрацию мышьяка не более 10 микрограмм на литр. Но эти озера содержат его на четыре-пять порядков больше.
Условия, как на доисторической Земле.
«Когда вы находитесь в таких местах, вам кажется, что вы на Земле 3 500 миллионов лет тому назад», – говорит доктор Мария Санчо-Томас из Института физики Земли, Франция. Она возглавляет проект ASLIFE, занимающийся исследованием бактерий. «Это просто удивительно. Посмотрите на этот пейзаж. Он очень похож на марсианский!».
На доисторической Земле организмы должны были разработать стратегии борьбы или адаптации к мышьяку. Микробы, подобные тем, которые изучает доктор Санчо-Томас, использовали мышьяк в своих метаболических системах. Они превращали минералы в энергию, используя процессы, совершенно непохожие на то, как люди переваривают пищу.
Исследователи ASLIFE анализируют образцы путем сверления отверстия в земле. И извлечения цилиндра материала с целью доставки в лабораторию для дальнейшего анализа. По словам доктора Санчо-Томас, осадочные породы из озер, содержащие мышьяк, явно видны – они фиолетовые, так как мышьяк взаимодействует с серой.
Команда также делает соскобы со строматолитов. Это древние органические структуры, которые могут иметь возраст в миллиарды лет. И были созданы микроорганизмами. Затем эти образцы отправляются на синхротронные объекты на заводе SOLEIL под Парижем, Франция, для того чтобы более подробно изучить их внутреннюю структуру.
Идея состоит в том, чтобы понять, можно ли использовать мышьяк или его изотопы в качестве биомаркеров. Это химические показатели того, есть или присутствовала ли раньше в этих образцах жизнь. Если это так, космические биологи смогут искать подобные соединения на других планетах. И делать выводы о том, что там существовала жизнь. Даже если сами микроорганизмы не будут найдены.
В процессе работы исследователи также придумывают новые способы транспортировки и изучения этих микробов. Образцы которых могут ухудшаться из-за таких факторов, как изменение температуры и давления.
Астробиологи смогут использовать эти методы. Чтобы гарантировать, что любые обнаруженные внеземные образцы можно доставить на Землю невредимыми.