В начале октября российские ученые сообщили об обнаружении уникального, по их словам, организма в подледном озере Восток в Антарктиде. Найденная бактерия имеет генетическое сходство с известными современной науке живыми существами всего на 86 процентов.
Станция «Восток» находится в районе южного геомагнитного полюса Земли на высоте 3488 метров над уровнем моря, в 1260 километрах от ближайшего моря. Она расположена в районе южного полюса холода планеты: 21 июля 1983 года на ней была зарегистрирована температура минус 89,2 градуса Цельсия. В периоды полярного дня — с 21 октября по 21 февраля — на «Востоке» в районе станции наиболее тепло, средняя температура в самые теплые месяцы (январь и февраль) немного выше — 40 градусов. Затем она понижается: самым холодным месяцем считается август, когда температура может быть ниже минус 70 градусов. Среднегодовая температура не превышает минус 57 градусов.
Озеро Восток, при бурении которого была обнаружена бактерия, — самый крупный подледный водоем на материке. Толщина льда, под которым находится жидкая вода, составляет примерно четыре километра. Длина озера — более 175 километров, ширина — около 65 километров, глубина — до 1,2 километра. Общий объем воды в нем превышает 6,1 тысячи кубических километров, что всего в 3,5 раза меньше, чем в Байкале — крупнейшем пресноводном озере планеты. Станция «Восток», в честь которой озеро получило свое название, находится над северным краем подледного водоема.
Возраст льда над озером оценивается в 20 тысяч лет, а само оно изолировано от окружающего мира в течение 15 миллионов лет. Температура воды в верхней части озера составляет минус два-три градуса Цельсия при давлении в 400 раз выше атмосферного. В глубине озера, вероятнее всего, присутствуют геотермальные источники, которые подогревают воду и создают комфортные для микроорганизмов условия жизни. Между тем в воде озера примерно в сто раз больше кислорода, чем в обычной. Температура приповерхностного слоя озерного льда не превышает минус семь градусов Цельсия — нижний предел для метаболической активности известных науке бактерий.
Скважину 5Г-1 начали разрабатывать на станции Восток еще в 1989-м совместными усилиями советских, французских и американских ученых. Поверхности озера ученые достигли в 2015 году, подняв с глубины 3767,57 метра на поверхность земли два ледовых керна.
«В намерзшей на буровой коронке воде была найдена абсолютно не известная нам бактерия, она называется w123-10», — рассказал заведующий лабораторией криоастробиологии Петербургского института ядерной физики имени Бориса Константинова генетик Сергей Булат.
Возглавляемый Булатом коллектив официально занимается поиском неизвестной, то есть «внеземной» жизни в подледном озере Восток, а также идентификацией азотистых оснований и аминокислот в метеоритах (углистых хондритах) и кометном веществе космической пыли микронного размера, найденной в Антарктиде. Необычные микроорганизмы в группе Булата пробуют обнаружить методами молекулярной филогенетики, в частности — секвенированием генов малой субъединицы рибосомной РНК бактерий и архебактерий с соблюдением критериев изучения и установления подлинности древней ДНК. Оценка количества клеток осуществляется проточной цитофлуорометрией.
После бурения 5 февраля 2012 года
Фото: Arctic and Antarctic Research Institute Press Service / Reuters
Существо w123-10 стало, возможно, второй бактерией, найденной при бурении озера Восток. Первая была открыта в 2004 году российскими и французскими учеными, которые на глубинах 3607 и 3561 метров обнаружили сигналы термофильной бета-протеобактерии Hydrogenophilaceae thermoluteolus. Эти глубины разделены слоем льда, возраст которых отличается примерно на пять тысяч лет. Существо Hydrogenophilaceae thermoluteolus, как показали исследования, комфортно живет при температуре около минус 50 градусов Цельсия. Эти организмы обнаружены во льду первого типа — так называется верхний лед, в отличие от нижнего льда второго типа, не располагающийся непосредственно у поверхности озера.
Скорее всего, Hydrogenophilaceae thermoluteolus обитают, как полагает команда Булата, не в самом озере, а на его дне или в разломах, в теплых и богатых диоксидом углерода и водородом осадочных породах. Ближе к поверхности они могут выноситься в результате сейсмотектонической активности. Обнаружение Hydrogenophilaceae thermoluteolus привело к пересмотру имеющихся тектонических моделей Антарктиды и послужило свидетельством наличия в ее подледных озерах геотермальных источников.
Ранее ученые уже сообщали о находках во льдах южного материка неизвестных науке организмов. В 2013 году специалисты сообщали об обнаружении в образцах из озера Восток неизвестной науке ДНК, но потом эти данные опровергли. Стоит отметить, что большинство сведений о следах микроорганизмов получены на основе статистических данных, по которым сложно отличить присутствие действительно уникальных организмов от привнесенных извне. Ученые из США, например, заявляли о весьма спорном обнаружении в извлеченных на поверхность образцах надозерного льда фрагментов ДНК и РНК, свидетельствующих о возможности обитания в озере многоклеточных существ.
Под ледяной коркой Европы может скрываться соленый океан жидкой воды
Изображение: NASA / JPL-Caltech
Имеющиеся данные указывают, что наиболее вероятными кандидатами на жизнь в подледном озере являются хемоавтотрофные бактерии — в частности, метаногенные архебактерии и сульфат-редуцирующие бактерии. Именно такие существа смогли бы выжить в полной темноте и избытке кислорода. К сожалению, во льду первого типа над озером Восток пока не обнаружено достаточно следов метана и сульфида водорода, которые бы указывали на активную деятельность таких организмов. Однако ученые до сих пор исследовали лишь лед первого типа, тогда как активная жизнь в озере Восток, если она существует, скорее всего протекает ближе к его дну, которого ученые еще не достигли.
Если жизнь действительно есть в подледном озере Восток, она, скорее всего, устроена крайне своеобразно. Похожие условия для потенциальных организмов, полагают ученые, существуют в подледных океанах спутников Юпитера (Ганимед, Каллисто и Европа) и Сатурна (Диона и Энцелад), а также на полюсах Марса. Исследование Востока позволяет астробиологам уже на Земле многое узнать о потенциальной жизни в холодных мирах Солнечной системы.
Например, как полагают ученые, на Энцеладе под слоем льда на глубине 30-40 километров располагается океан, в недрах которого имеются термальные источники, нагревающие воду до температуры 90 градусов Цельсия. Вероятно, спутник Сатурна сформировался на ранних этапах развития Солнечной системы, а его каменное ядро по своим свойствам похоже на примитивные метеориты (углеродистые хондриты), достигающие поверхности Земли. Последние содержат, в частности, минералы серпентин и сапонит, которые обеспечивают Энцелад водородом и теплом, необходимыми для существования хемоавтотрофных форм жизни. На Земле такие организмы представлены бактериями, которые получают энергию и органику из химических реакций окисления неорганических соединений.
Снимок Энцелада от 27 июля 2015 года
Изображение: JPL-Caltech / Space Science Institute / NASA
В океанской воде Энцелада примерно такое же содержание поваренной соли, как в земном океане. Кроме того, в нем много соды и высокий уровень щелочности (показатель pH его воды достигает 12). Как отмечают ученые, высокая щелочность и большие концентрации соды означают, что в недрах океана происходят реакции серпентизации, представляющие собой взаимодействие горячих пород спутника и воды океана, в результате чего в воду выделяются углекислота, водород и металлы.
На Земле похожие на океан Энцелада условия существуют в озере Моно в Калифорнии. В этом водоеме много соли и соды, в нем не живет рыба, однако существуют необычные организмы, в частности бактерии GFAJ-1, терпимые к смертельным для других организмов концентрациям мышьяка.
Обнаружение бактерии Hydrogenophilaceae thermoluteolus во льдах над озером Восток свидетельствует о том, что в недрах земного подледного озера имеются гидротермальные источники, аналогичные тем, которые предполагаются в подледных океанах спутников Юпитера и Сатурна.
К сожалению, в ближайшие несколько лет отправка миссий к Сатурну не планируется — это слишком далеко от Земли. В настоящее время исследование газового гиганта и его спутников завершает автоматическая станция Cassini, благодаря которой человечество узнало о гейзерах Энцелада и его подледном океане. Юпитеру повезло больше: НАСА и Европейское космическое агентство планируют отправку в 2020-х специальной миссии, посвященной поискам жизни на его спутнике Европе. В отличие от озера Восток, автоматическая станция не будет заниматься бурением, а исследует образцы, добытые от выбросов из подледного океана спутника.