Хелен Скейлс – Сверкающая бездна. Какие тайны скрывает океан и что угрожает его глубоководным обитателям (страница 27)
Крупный научный прорыв произошел в 2019 году в Университетском колледже Лондона (UCL), когда простые протоклетки объединились внутри реактора, имитирующего гидротермальное жерло. Смесь жирных кислот и жирных спиртов спонтанно образовала эти базовые клетки с мембраной вокруг капельки жидкости. В предыдущих исследованиях подобные протоклетки распадались в присутствии даже небольших концентраций хлорида натрия, что навело некоторых ученых на мысль о том, что нужно прекратить поиски истоков жизни в соленом океане. Но ученые из Университетского колледжа Лондона показали, что при правильном подборе ингредиентов вероятность образования этих простых клеток увеличивается, они становятся более стабильными при добавлении не только соли, но и тепла, что подтверждает теорию происхождения жизни в гидротермальных источниках.
Еще одно доказательство этой теории было обнаружено в 2017 году на севере Канады. В редком фрагменте древнейшей океанической коры, сохранившемся на материковой плите, ученые обнаружили микроскопические трубки и волокна вдвое тоньше человеческого волоса из богатого железом минерала гематита. Эти волокна имеют характерную для микробов, обитающих сегодня в гидротермальных жерлах, ветвящуюся структуру, что позволяет предположить, что они образовались в подобных древних источниках. Возраст пород, в которых были найдены эти мельчайшие структуры, составляет как минимум 3,77 миллиарда лет, что делает их самыми старыми окаменелостями в мире и останками самых ранних живых клеток[65] (некоторые эксперты считают, что возраст этих пород может достигать 4,28 миллиарда лет).
Жизнь на Земле зародилась так умопомрачительно давно, что мы, вероятно, никогда не узнаем наверняка, как именно это произошло. Нам предстоит отыскать подсказки и провести исследования, чтобы смоделировать прошлое и разглядеть существенные признаки самовоспроизводящейся биологии, причем не только на Земле, но и в других уголках Вселенной. Гидротермальные источники были выявлены под ледяной коркой на Энцеладе, спутнике Сатурна, и Европе, спутнике Юпитера. Возможно, они существовали даже в древнем океане на Марсе, что дает повод надеяться на зарождение живых клеток и на красной планете!
Морские глубины дают нам ключ к разгадке того, что произошло после возникновения первых живых клеток, которые заселили остальную часть Земли. В течение последующих двух миллиардов лет существовали только простые одноклеточные существа – бактерии и археи. Следующий важный шаг в эволюции жизни – рост сложных клеток, эукариот – вероятно, произошел на глубине. Мы с вами эукариоты, как и все остальные животные, растения, водоросли и грибы. У всех нас есть структуры внутри клеток, такие как митохондрии, вырабатывающие энергию, и ядро, в котором хранится ДНК. Считается, что эукариоты могли появиться, когда один микроб поглотил другого, то есть общие клеточные структуры могли образоваться из проглоченных микробов. Но, как именно это произошло, долгое время оставалось одной из величайших загадок жизни. В 2019 году японские ученые объявили, что успешно вырастили в лаборатории странный микроорганизм, который может быть ближайшим родственником ранних эукариот. Десятью годами ранее, погрузившись в океан в подводном спускаемом аппарате «Синкай 6500», они собрали образцы ила с глубины более мили, надеясь найти микробов, которые могли бы помочь ликвидировать нефтяные разливы. В лаборатории исследователи обнаружили следы редкого типа клеток, известных как асгардархеи. В этих клетках имеются как микробные, так и эукариотические гены. Ранее такие клетки были известны только по фрагментам ДНК, найденным в морских глубинах. Это был первый случай, когда обнаружили неповрежденные клетки асгардархей, и команда терпеливо ждала более десяти лет, пока клетки размножались в спокойном темпе. В то время как более привычные микробы, такие как кишечная палочка, делятся каждые двадцать минут, клеткам асгардархей требуется двадцать пять дней, чтобы разделиться надвое. И они довольно привередливы: растут только в условиях, имитирующих холодные, бедные кислородом глубины, и только в компании других микробов. Наблюдая за медленно делящимися клетками, японские ученые заметили, что асгардархеи имеют длинные отростки, которые делают их похожими на осьминогов, и среди этих отростков находятся бактерии. Возможно, миллиарды лет назад клетки, подобные асгардархеям, тесно переплелись с другими бактериями и в итоге поглотили их, что привело к появлению первых эукариотических клеток. Теперь ученые ищут новые клетки асгардархей, надеясь раскрыть секрет прошлого, который таят сегодняшние океанские глубины.
Целительный потенциал глубин
В 1986 году с мелководья у берегов Японии было поднято полтонны бесформенной черной губки рода галихондрия (Halichondria). Впоследствии было обнаружено, что ее экстракт содержит мощное химическое вещество, которое может стать новым средством борьбы с онкологией. В 1995 году выяснилось, что в другой губке, на этот раз ярко-желтой, рода лиссодендорикс (Lissodendoryx), добытой в более глубоких водах у полуострова Каикоура в Новой Зеландии, содержится то же вещество, только гораздо более концентрированное. Потребовалось более тонны этой губки, чтобы получить полграмма соединения галихондрин B, которое чрезвычайно токсично по отношению к различным раковым клеткам. Молекулярная модификация привела к созданию более простой, но все же эффективной молекулы под названием эрибулин.
В итоге в 2010 году, спустя почти двадцать пять лет после открытия, эрибулин выпустили в качестве химиотерапевтического препарата для использования на поздних стадиях метастатического рака молочной железы. И он остается единственным препаратом, который, как показали клинические испытания, может продлить жизнь людям, у которых рак распространился на другие части тела и которые уже прошли несколько курсов химиотерапии. Эта молекула останавливает рост опухолей, связываясь с микротрубочками – структурами внутри клеток, которые играют ключевую роль в расхождении хромосом при клеточном делении. Когда микротрубочки блокируются, клетка не может делиться, и развитие опухоли прекращается.
На сегодняшний день в результате поиска в океане новых веществ для создания лекарственных препаратов удалось составить каталог примерно из тридцати тысяч биологически активных молекул, известных как натуральные морские продукты, обладающие теми или иными полезными химическими свойствами. Сотни из них достигли стадии доклинических испытаний, десятки проходят клинические испытания на людях, а шесть одобрены и выпущены на фармацевтический рынок. Эрибулин получен из самого глубоководного продукта из этих шести, хотя желтая губка лиссодендорикс обитает не так уж и глубоко – всего на глубине 100 метров. Скоро на рынке должно появиться куда больше лекарств, созданных на основе действительно глубоководных видов.
Люди уже давно обращаются к природе в поисках новых методов лечения и лекарств, а теперь все больше внимания уделяется океанским глубинам, и это стоит затраченных усилий. По мере все более глубокого погружения открываются неиспользованные запасы новых химических веществ – вполне убедительная причина того, почему морские глубины так важны для всех нас.
Морской институт в графстве Голуэй выпустил так называемую «Настоящую карту Ирландии». Это карта без воды, на которой показан изрезанный рельеф морского дна. На ней видно, что прибрежные воды страны в десять раз больше площади ее суши. Остров Ирландия расположен на широком мелководном континентальном шельфе, погруженном под воду не более чем на 300 метров. Такое естественное расширение суши позволило Ирландии заявить суверенные права на разведку природных ресурсов на этой огромной территории морского дна.
На западе, переходя во впадину Роколл и абиссальную равнину Дикобраза, находится длинный каменистый откос, изрезанный глубокими впадинами и каньонами. Именно сюда Луиза Оллкок отправляется на поиск идей для новых лекарств. Для сбора образцов ее команда отправляет глубоководный аппарат с дистанционным управлением за край континентального шельфа Ирландии, на глубину от 900 до 2500 метров. Роботизированные руки и захваты аппарата аккуратно отрезают небольшие кусочки губок и кораллов, как при уходе за цветочным садом. Новые лабораторные методы позволяют не поднимать со дна тонны живого материала, а на краю континента таких растительноподобных животных предостаточно.
«Нигде я больше не видела такого изобилия», – признается Оллкок, биолог, исследовавший множество глубоководных участков. Подобно подводным горам, которые украшены лесами из животных, каньоны и крутые откосы затонувших краев континентов предлагают идеальные условия с сильными течениями, приносящими частицы пищи для глубоководных кораллов и губок, поселившихся здесь, в том числе для долгожителей, чей возраст исчисляется сотнями и тысячами лет.
Луиза Оллкок охотится на кораллы и губки, потому что большую часть времени эти животные не двигаются, что облегчает ученым их сбор. Что еще более важно – они не могут убежать от хищников, поэтому кораллам и губкам пришлось создать целый арсенал сложного химического оружия, которое не позволяет другим существам их съесть. Эти производимые клетками вторичные метаболиты не являются необходимыми для роста, но они играют для организма важную вторичную роль, часто с новыми функциями.