NASA предъявило научному сообществу «астробиологическое открытие, которое повлияет на поиск свидетельств внеземной жизни». Учёные обнаружили и изучили микроорганизмы, которые в своём рационе полагаются на мышьяк и используют этот токсичный элемент для строительства клеток. Получается, если земная жизнь закусывает смертью, внеземная может выкинуть чего и похлеще?
Все живые организмы нашей планеты строятся из шести «кирпичиков»: углерода, водорода, азота, кислорода, фосфора и серы (CHNOPS). Фосфор внутри фосфат-иона (PO 4 3- ) входит в основу структур ДНК и РНК, определяет транспорт веществ через мембрану клетки, играет важную роль в обмене энергии.
Биологи полагали, что CHNOPS – основа жизни во Вселенной. Однако некоторые учёные всё же задавались вопросом: почему на место «первой шестёрки» не могут встать другие химические элементы. Так, мышьяк (As), химически близкий к фосфору, мог бы выполнять его функции. Другое дело, что этот элемент для любой формы жизни является ядом.
Тем не менее AsO 4 3- имеет ту же структуру, что и фосфат-ион, образует похожие связи. А значит, он теоретически может внедриться на чужое место.
Твёрже других эту позицию отстаивала геомикробиолог Фелиса Волф-Саймон (Felisa Wolfe-Si mon) из NASA. «Мы знаем, что некоторые микробы дышат мышьяком», — заявила она ещё в 2006 году. В 2008-м учёные обнаружили червей, питающихся тяж ёлыми металлами. В 2009-м гипотезу существования «жизни на мышьяке», выдвинутую Фелисой со товарищи, опубликов алInternational Journal of Astrobiology.
Дальнейшие выступления позволили «железной Лизе» собрать вокруг себя единомышленников, которые искали не просто толерантных к мышьяку существ, но тех, что могли извлечь из его использования биологическую выгоду. Так началось изучение самых странных уголков планеты, одним из которых было озеро Моно.
Внизу: Фелиса и доктор Рональд Ормленд ( Ronald Ore mland ) из геологического центра США собирают коллекция грязи (фото Henry Bortman).
Группа Фелисы собирала ил на берегах и дне водоёма, затем образцы помещались в искусственную среду, в которой преобладали арсенаты и почти отсутствовали фосфаты. Постепенно биологи довели концентрацию соединений фосфора до минимальной, однако даже в таких условиях одна группа бактерий из общей смеси продолжала процветать.
Микробы изолировали и поселили в раствор арсенат-ионов. Дальнейшие наблюдения показали, что в такой среде культура развивалась на 60% быстрее, чем в присутствии того самого жизненно необходимого фосфора. Когда же её лишили и мышьяковой подпитки, колония расти перестала.
Новый штамм назвали GFA J-1. Учёные определили, что необычные микроорганизмы принадлежат семействуHa lomonadaceae, относящемуся к гамма-протеобактериям (gammaproteoba cteria), большая часть которых является патогенами.
Чтобы выяснить, как бактерии используют мышьяк, биологи «подсветили» раствор радиометками. Выяснилось, что «съеденный» элемент присутствует внутри органелл клеток, в нуклеотидах ДНК и РНК. При этом содержание арсенат-ионов было таким же, как и ожидаемое количество фосфат-ионов.
Эти данные натолкнули учёных на мысль, что токсичный элемент используется микробами так же, как и фосфор в работе клеточных механизмов. А раз на такое способен штамм GFAJ-1, то и другие микроорганизмы в ходе эволюции вполне могли перейти на подобный «корм». «Нынешнее открытие может стать окном в новый неизведанный мир», — считает Фелиса.
Другие учёные тем временем отмечают, что хорошо бы определить положение мышьяка в молекулах, выполняющих в клетке определённые функции. Например, надо выяснить, к чему приводит замена фосфора на мышьяк в молекуле АТФ. Страдает ли эффективность переноса энергии? Как влияет арсенат-ион на связи с белками и метаболические процессы? В общем, химики жаждут разобраться в деталях не меньше биологов.
Тем временем исследователи NASA тверд ят, что раз столь неожиданное для науки поведение существует на Земле, то космос может быть наводнён и более фантастическими существами.
«Мы расширили понятие „жизнь“. Чтобы найти её вне Солнечной системы, нам необходимо думать шире, разнообразнее», — говорит доктор Эдвард Вейлер (Edward Weil er), руководитель одной из научных программ NASA.
Раньше мысли о том, что основой жизни может стать не только шестёрка CHNOPS, встречались разве что в фантастических книгах. Правда, частым «гостем» был вовсе не мышьяк, а кремний, который заменял углерод. Теперь же «альтернативная форма жизни» о писана в Science.
«Но эта история вовсе не о том, что в озере Моно нашли бактерии на мышьяке, — подытоживает Фелиса. – Наше открытие – это напоминание: формы жизни могут быть более непредсказуемы».
Однако и новой формой жизни GFAJ-1 можно назвать с большой натяжкой. Ведь микроорганизмов, обитающих в экстремальных условиях, биологам известно немало. К примеру, мы рассказывали о любителях , невероятны х высот , , подводного и даже радиоактивных руд (фото Henry Bortman) .
