Клиффорд Пиковер – Инопланетяне глазами науки (страница 16)

Изучение архей ускорилось в 1982 году, когда океанографы на борту подводной лодки в 1000 милях (1613 км) от побережья Нижней Калифорнии обнаружили подводный вулканический горячий источник под названием белый курильщик, который извергает плотное белое облако в виде струй горячей воды. Экипаж подводной лодки собрал образцы горячей воды и обнаружил, что в ней содержится странный и неизвестный организм.

Поддерживать жизнь таких существ в лаборатории довольно сложно. В 1996 году группа Крейга Вентера культивировала их при высоких температурах в герметичных контейнерах, которые были снабжены клапаном, чтобы предотвратить взрыв метана, вырабатываемого организмами. Микроб под названием Methanococcus jannaschii обычно обитает в горячих источниках в Тихом океане на глубине 2 миль (3,2 км), где давление воды в сотни раз выше, чем на уровне моря. Он процветает в полной темноте при смертельной температуре 185 градусов по Фаренгейту (85 градусов по Цельсию), а кислород мгновенно убивает его, как и многих бактерий. Он кормится исключительно углекислым газом, водородом и азотом.

Последовательность генов одного из этих существ позволяет предположить, что у него есть общий эволюционный предок с бактериями. Поскольку самыми ранними указаниями на существование жизни на Земле были окаменелости бактерий возрастом 3,6 миллиарда лет из Западной Австралии и отложения возрастом 3,85 миллиарда лет из восточной Гренландии, неизвестные предки архей, должно быть, жили ещё раньше — возможно, ещё 4 миллиарда лет назад, когда Земля и планеты Солнечной системы были очень молоды. Некоторые учёные предполагают, что гипотетические окаменелости, найденные на Марсе, могли быть одноклеточными археями.

В будущем микроб будет всё более полезен человечеству, поскольку он выделяет большое количество метана, взрывоопасного природного газа, широко используемого в промышленности и в качестве источника энергии. Разнообразные метанообразующие организмы, относящиеся к группе архей, выделяют, как минимум, 200 миллионов тонн метана в год. Эти пожиратели металлов также могут оказаться полезными при производстве новых фармацевтических продуктов и при очистке мест захоронения опасных отходов, например, содержащих токсичные тяжёлые металлы.

Эукариоты

Традиционно земную жизнь разделяли на две основных категории: формы жизни, клетки которых лишены ядра (прокариоты), и те, чей генетический материал (обычно ДНК) сосредоточен в ядре (эукариоты); к последним относятся все высшие растения и животные. Как упоминалось в предыдущем разделе, совсем недавно некоторые биологи разделили самых примитивных прокариот на две категории: архебактерии и эубактерии, которые также носят более простые названия — археи и бактерии.

До сих пор мы обсуждали довольно примитивные формы жизни, бактерии и археи, населяющие местообитания, экстремальные в плане температур, освещения и химии. А насколько значительно число эукариот-экстремофилов?{16}

В этом разделе мы расширяем наш поиск и подразделяем более сложных экстремофилов на целый ряд категорий. Приготовьтесь познакомиться со скотофилами, анаэробами, термофилами, психрофилами, ацидофилами, алкалофилами, галофилами и барофилами. Это разделение подчёркивает ту же самую мысль, что и предыдущие случаи: куда бы мы ни взглянули на Земле, в условиях экстремальных холода, кислотности и давления жизнь всегда находится в изобилии.

Вы вместе с капитаном Пикаром и лейтенантом Ворфом из сериала «Звёздный путь: Следующее поколение» исследуете подземную воздушную камеру на новой планете. В камеру никогда не проникал солнечный свет, поэтому вы рассчитываете найти лишь немногие формы жизни крупнее бактерий. Тем не менее, направив в камеру луч света, вы видите огромных инопланетных существ с суставчатыми ногами и незрительными органами чувств — «антеннами» просто ужасающе огромного размера.

Звучит неправдоподобно? Ничуть. Такую сцену недавно наблюдали на Земле.

Даже совершенно тёмные пещеры кишат крупными организмами разного рода. Возьмем, например, пещеру Мовиле в Добрудже, Румыния, изолированную от мира на протяжении миллионов лет, тёмную навеки, но кишащую жизнью. Это прямо-таки сцена из серии «Секретных материалов» или, возможно, «Арахнофобии». Несмотря на то, что пещера не получает энергии от солнца, в её извилистых недрах обитает уникальное сообщество животных инопланетного облика: сотни пауков, ранее неизвестных микробов, водяных скорпионов, хищных пиявок, равноногих раков, мокриц, ногохвосток, многоножек, щетинохвосток и других троглодитов (обитателей пещер) разного рода...

Как бы выглядел инопланетный скотофил (буквально «любитель тьмы»)? На Земле эти существа, чтобы «видеть», часто используют свои антенны или ноги, ощупывая ими окружающую местность. Кроме того, поскольку хищники не могут их увидеть, троглодитам совершенно не требуется менять окраску ради маскировки, поэтому многие из них бледно окрашенные или белые, а некоторые настолько прозрачны, что можно увидеть, как течёт их кровь. Если мы хотим поискать жизнь на Марсе, мы должны заглянуть в марсианскую версию пещеры Мовиле, где могла бы существовать жидкая вода, и куда не обязательно проникал бы свет.

В 1996 году учёные смогли получить доступ в пещеру Мовиле через искусственную входную шахту, случайно созданную в ходе работы над строительным проектом. Оказавшись в пещере, они обнаружили в сырых помещениях богатую фауну — на сегодняшний день это около 47 видов животных. Тридцать из 47 видов ранее были неизвестны. В случае комплекса особенностей, называемого трогломорфией, у всех существ наблюдается редукция или утрата глаз и пигментации, увеличение придатков и гигантские антенны. Предки некоторых из этих видов, возможно, оказались изолированными от своих наземных сородичей более 5 миллионов лет назад, когда климат южной Румынии стал очень сухим. В наше время пища и бактерии не попадают в пещеру с поверхности. Это означает, что единственным источником пищи для тех существ, которые находятся в самом низу пищевой цепи, являются сероводород и метан из подземных вод, просачивающихся через внутренние помещения пещеры. Некоторым образом пещера Мовиле является капсулой времени — крошечной изолированной частью мира. Со временем её обитатели эволюционировали во множество специализированных форм. Если бы поместить людей в среду, подобную пещере Мовиле, с достаточным количеством кислорода, просачивающегося в пещеру через мельчайшие трещины, то в каких существ мы эволюционировали бы в ближайшие 5 миллионов лет? Исчезнут ли со временем наши глаза? Станут ли кончики наших пальцев сверхчувствительными? Станем ли мы похожими на пришельцев из далёкого мира?

Многие виды свободноживущих микроскопических простейших, очевидно, являются облигатными аэробами; то есть они не могут выжить без кислорода.{17} Для различных процессов дыхания, происходящих в клеточных органоидах (называемых митохондриями), требуется кислород. С другой стороны, эукариотические организмы, которые являются облигатными анаэробами, и у которых обмен веществ должен протекать в отсутствие кислорода, встречаются гораздо реже. Тем не менее, из исследований жизни на Земле нам известно, что без кислорода могут существовать довольно развитые организмы. Мы можем классифицировать этих существ как экстремофилов, потому что по отношению к нам они живут в экстремальных условиях. Например, многие свободноживущие инфузории (микроскопические одноклеточные животные с похожими на волоски отростками) могут жить в анаэробных средах. Эти инфузории для выработки энергии вместо митохондрий используют клеточные органоиды, называемые гидрогеносомами. К анаэробным инфузориям, которым не требуется кислород, относятся дрожжи[13], различные паразитические организмы в желудочно-кишечном тракте человека и организмы, связанные с сульфидсодержащими отложениями.

Мы уже обсуждали некоторые примитивные теплолюбивые бактерии и их сородичей. Обращаясь к более продвинутым эукариотам, способным жить при высоких температурах, мы находим ацидофильный фототроп (кислотолюбивое растение) Cyanidium caldarium — это «красная водоросль», которая ещё может расти при температуре 134 градуса по Фаренгейту (57 градусов по Цельсию). Практически все горячие, кислые почвы и воды в мире колонизированы Cyanidium.{18}

В последние годы было много жарких дискуссий относительно возможности эволюции гипертермофила, который процветает в кипящей воде, на основе эукариотического плана строения. Учёные не уверены, что центральный биохимический механизм — транскрипция и трансляция нуклеиновых кислот у эукариот — сможет работать при высоких температурах. Кроме того, состав мембраны клетки должен обладать способностью сохранять необходимую степень текучести, чтобы функционировать надлежащим образом. На сегодняшний день у всех известных гипертермофилов есть обратная гираза — фермент, который индуцирует положительную суперспирализацию ДНК для повышения её термостабильности. В настоящее время мы ещё не понимаем всех защитных механизмов, работа которых позволяет клеткам вроде археи Pyrococcus процветать при температурах выше точки кипения воды, и мы не знаем, каков может быть фактический верхний температурный предел для жизни.{19}