Немецкие биологи совместно с коллегами из США нашли и описали новый вид жизни. Это бактерии, осуществляющие свой жизненный цикл не на основе кислорода и живущие за счет метана и серы, источаемых из недр Земли. Ранее считалось, что подобный вид биохимических реакций невозможен и микроорганизмы могут поглощать или серу, или природный газ по отдельности. Обнаружение в морских отложениях необычных существ выявило для ученых новые загадки развития эволюции микроорганизмов с древнейших времен.
Среда обитания теплолюбивых серозависимых бактерий поистине экстремальна. Обнаружены они в слоях донных отложений на дне тропических морей, в зоне выхода на поверхность подземных газов, где отсутствуют кислород и солнечный свет, необходимые для фотосинтеза, а также элементарный ассортимент питания.
«Как оказалось, изолированные на морском дне бактерии приспособились использовать вместо кислорода серу, а в качестве пищи они потребляют единственные углеводороды в тех местах — пропан и бутан, — рассказывает руководитель группы исследователей биохимик Хайнц Вилкес из Национального исследовательского центра наук о Земле (GeoForschungsZentrum) в Потсдаме (Германия). — Такие условия складываются только на больших глубинах или в недрах Земли при достаточно высоких температурах».
И их обнаружение привело в замешательство научный мир. Известные науке бактерии могли использовать каждый из этих процессов по отдельности. И более того, человеческие знания о биохимии отрицали протекание подобных реакций в живых организмах.
До недавнего времени были описаны большие группы — аэробы, живущие за счет кислорода, и анаэробы, которым кислород не нужен и даже вреден. «В некоторых случаях сера служит как бы заменителем кислорода, — рассказывает РБК daily заведующий лабораторией экологии и геохимической органической деятельности микроорганизмов Института микробиологии РАН Владимир Горленко. — Существует даже такой термин, как серное дыхание. Она служит окислителем и участвует в окислении органики».
Так, очень хорошо описаны микробы, существующие в вулканических районах планеты, горячих источниках и местах выхода подземных вод, насыщенных серой. Есть они и в подводных трещинах горных пород, там, где мигрирует природный газ и есть циркуляция воды. Называются они «сероокисляющие термофилы» и существуют при очень высоких температурах, более 100С. По сути, живут они в кипящей воде, и ныне зарегистрированный предел — 114С. Самые экстремальные системы — это «черные курильщики». Находятся они в местах расползания океанических плит. Подземные разогретые воды, обогащенные природными минералами и имеющие черный цвет, под давлением вырываются наружу, и создается впечатление, что под водой идет черный дым. Там очень распространены сообщества бактерий, которые служат основой глубинных экосистем. Прямо у источников, где температура приближается к 100С, а в самих «курильщиках» около 300С, ползают крабы и при полном отсутствии света живут креветки. Энергия восполняется только за счет недр Земли.
«По-видимому, самая распространенная группа организмов — это серозависимые бактерии, которые растут при высоких температурах строго в анаэробных условиях, то есть без доступа кислорода, — рассказывает РБК daily известный биолог и следователь, академик РАН Георгий Заварзин. — По американским оценкам, их численность в океане составляет 10 в 30-й степени клеток. А это даже больше, чем на поверхности Земли. Потому как на суше живут 10 в 28-й степени клеток. И к серозависимой микрофлоре приковано сейчас очень большое внимание».
Известна и другая разновидность бактерий, которые перерабатывают природный газ для получения углеводородов. По сути, они используют его в пищу. «Большинство научных исследований ведется по поглощению метана, — продолжает Владимир Горленко. — И до недавнего времени считалось, что бактерии могут окислять газ только при наличии кислорода. Но недавние исследования показывают, что такой процесс все же может существовать и без кислорода. Это очень сложный механизм, и идет как бы соокисление газа». Известны такие бактерии в Черном море. Они обитают на глубинах ниже 100 м.
Но микроорганизмов, которые бы совмещали процесс серного дыхания с поглощением природного газа, пока замечено не было. Исследователи уверены, что новый вид бактерий поможет лучше понять эволюцию микромира. «Изучение свойств бактерий имеет очень большой резонанс, — продолжает Владимир Горленко. — Так, стимулом для обнаружения холодолюбивых организмов стала порча продуктов в Антарктиде. В итоге были найдены бактерии, способные жить при температуре до -4—6С и населяющие подледные озера. В попытках разобраться, почему тухнет рыба после засолки, ученые наткнулись на другой вид бактерий в не менее экстремальных условиях. Для них важна соленая среда, и обитают они помимо прочего в соленых озерах, где уровень соли приближается к 100 гр. на литр. К примеру, это озеро Моно-Лейк в Калифорнии. Понимая, как развиваются эти замкнутые системы, мы разбираемся в том, как происходило развитие жизни на Земле в глубокой древности, когда уровень кислорода был чрезвычайно низок и существовал первичный кислотный океан».
Необычные бактерии находят свое применение в биотехнологиях в практической области. Так, термофилы используются в молекулярно-биологической диагностике. Они способны точно препарировать молекулы ДНК, разрезая их с помощью определенных ферментов. Любопытно, что ферменты зависимых от соды бактерий уже применяются в стиральных порошках. И изучение новых видов бактерий будет двигать биотехнологии вперед.
