Затерянный мир Антарктики

Центр управления бурением в последние секунды перед проникновением в озеро Уилланс. Фото: Reed Scherer

Американские биологи подтвердили наличие живых микробов в подледном озере в Антарктике

Александр Телишев

20 августа, 2014 17:10

10 мин

Микробиологи из университета Монтаны и других исследовательских центров США сообщили в среду об успешном завершении проверки всех проб воды из антарктического подледного озера Уилланс, где в прошлом году полярники обнаружили следы микробов. Всесторонний анализ образцов жидкости показал, что в ней действительно живут и процветают сразу несколько видов бактерий, питающихся различными неорганическими веществами. Данные результаты, как считают авторы статьи в журнале Nature, являются первым однозначным подтверждением возможности существования жизни в толще льдов Антарктиды.

«Это первое конкретное подтверждение того, что подо льдом Антарктиды есть не только жизнь, но и целые активные экосистемы, о возможности существования которых мы задумывались на протяжении многих десятилетий. Написав эту статью, мы теперь можем взять журнал с ней, громко постучать об стол, и во всеуслышание объявить, что мы были правы. О выделении конкретных видов в этом озере говорить довольно сложно, но в нем, по нашим оценкам, есть около 4000 различных бактерий. Эту экосистему действительно можно назвать очень богатой», — рассказывает автор статьи Брент Кристнер из Университета штата Луизиана в Батон-Руже (США).

Кристнер и несколько десятков других микробиологов участвуют в амбициозном проекте антарктического бурения WISSARD, который был инициирован в 2009 году Национальным научным фондом США (NSF) с подачи известного ученого-полярника Джона Приску, работающего в университете штата Монтана в городе Бозмен. Приску и его соратники предложили чиновникам взять пробы воды из подледного антарктического озера Уилланс, скрытого 800 метрами льда в западной части Антарктиды. Перспектива найти в водах этого озера жизнь, способную теоретически выжить в почве Марса или в подледном океане Европы, прельстила NSF, и фонд выделил на этот проект 10 миллионов долларов. Позже к проекту подключилось НАСА и несколько частных исследовательских центров в США.

Следует отметить, что Соединенные Штаты подключились к этой «антарктической гонке» одними из последних — аналогичные проекты бурения двух других подледных озер уже к тому времени обсуждались и готовились в России и Великобритании. Соединенное Королевство впервые заявило о своем намерении найти подледную жизнь в озере Эллсуорт в апреле 2009 года, а Россия совершила первые попытки пробиться через 3,5 километра льда в озеро Восток еще на рубеже тысячелетий.

Тем не менее именно американские полярники и ученые стали первыми, кому одновременно удалось добраться до подледных запасов воды и найти в них полноценные следы жизни. Они обошли британцев и россиян не только из-за того, что озеро Уилланс расположено относительно близко к поверхности, но и благодаря иному способу бурения льда. Американские исследователи использовали не классические буровые установки, требующие больших запасов керосина, фреона и силиконовой смазки для закрепления скважины, а водяную «пушку», которая постепенно пробивает лед с помощью потока горячей воды. Британцы, использовавшие похожую систему бурения, столкнулись со сложностями при проникновении в озеро Эллсуорт и в декабре 2012 года были вынуждены свернуть проект на неопределенное время.

Культура бактерий из озера Уилланс в чашке Петри, выращенная в лаборатории. Фото: Brent Christner

Экспедиция Приску отправилась в Арктику в 2010 году, чтобы выбрать точку для бурения. В 2012 году инженеры завершили сборку водяного бура и специальной системы очистки воды, исключавшей возможность проникновения «земных» бактерий в извлекаемые воды озера. Полгода ученые потратили на транспортировку оборудования на базу Мак-Мердо и доставку его к точке бурения, которое началось лишь в конце декабря 2012 года. Американские полярники достигли «поверхности» озера Уилланс в последние дни января, практически одновременно с их российскими конкурентами, заявившими об извлечении первых проб воды из озера Восток сразу после новогодних праздников.

К несчастью для россиян, пробы воды из Востока оказались, строго говоря, пустыми — первые тесты показали присутствие обрывков бактериальной ДНК и РНК в них, однако живых микробов отечественным биологам не удалось идентифицировать. В октябре 2013 года это признал Сергей Булат из Петербургского института ядерной физики, участвующий в проекте бурения. По его словам, найти следы живых бактерий российским ученым помешали следы керосина и других технических жидкостей.

Их американские визави рассказали об успешном обнаружении микробов в пробах воды из Уилланс уже в середине февраля 2013 года. Как сообщал новостной портал журнала Nature, ученые пообещали представить первые доказательства в подтверждение своей находки через месяц после этого открытия, чего не произошло — результаты их научных поисков в водах подледного озера были опубликованы лишь сегодня в том же самом журнале.

По словам Приску, поиск и идентификацию бактерий усложняли те «внеземные» условия, в каких привыкли жить эти микроорганизмы — полная темнота, отрицательная температура воды, практически полное отсутствие пищи и ее необычные источники в виде различных минералов и неорганических соединений. В такой среде все живые клетки, если они и могут в ней выжить, функционируют и размножаются крайне медленно, что делает их незаметными. Кроме того, их довольно сложно выращивать в лаборатории, так как многие такие микроорганизмы не растут при нормальной температуре, давлении и химическом составе воды.

Тем не менее ученые справились с этой задачей — они нашли в каждом миллилитре воды, извлеченной из озера в первый же день проникновения в его глубины, более 130 тысяч различных бактерий и архей. Подобная «плотность населения» сильно удивила авторов статьи, это очень большой показатель, характерный для глубин океана, а не для предположительно крайне суровых и бедных ресурсами подледных озер. Почти все клетки из озера Уилланс не похожи на существующих сегодня микробов с точки зрения архитектуры их генома, из-за чего микробиологам-полярникам не удалось точно определить их семейную принадлежность.

Микрофотография бактерии с прикрепленными к ней частицами осадочных пород. Фото: Trista Vick-Majors

Небольшая часть микробов приходится родичами морским археям, которые окисляют железо и восстанавливают серу. Большая часть жителей озера, чье происхождение пока остается не совсем ясным, использует в качестве еды углекислый газ, молекулы которого они восстанавливают, окисляя аммиак. Это крайне необычный феномен для закрытой озерной экосистемы, прожившей в изоляции от всей остальной Земли на протяжении около миллиона лет — аммиак крайне редко формируется в неживой природе. Данный факт заставил авторов статьи заключить, что бактерии пользуются запасами морской органики, которые отложились на дне озера в то время, когда оно еще не было покрыто льдом и являлось частью мирового океана. Принимая во внимание низкую скорость метаболизма жителей Уилланса, еды им может хватить еще на многие миллионы лет, считают ученые.

Учитывая достаточно высокую долю кислорода в водах озера, авторы статьи не исключают, что в его толще могут встречаться и более высокоорганизованные формы жизни — одноклеточные простейшие и даже примитивные беспозвоночные животные. Эту теорию еще только предстоит проверить.

Как отметила Кристина Хульбе из университета Отаго в Дюнедине (Новая Зеландия), один из самых интересных на сегодня вопросов заключается в том, откуда взялись эти микробы — являются ли они «пришельцами» или «выжившими пионерами». В последнем случае сегодняшние жители озера Уилланс являются потомками бактерий, вмороженных в лед во время образования этого подледного водоема и приспособившихся к новым условиям среды. Возможен и альтернативный сценарий заселения Уилланса — микробы могли проникнуть в него через десятки и сотни тысяч лет после его формирования через трещины во льду, соединяющие озеро с водами мирового океана. Обе эти гипотезы пока невозможно проверить, так как для этого требуется полноценное изучение водоема.

Как отмечают Приску и его коллеги, WISSARD возобновит свою работу, когда в Южном полушарии начнется лето, в конце декабря — начале января. Ученые планируют начать бурение в другой точке озера, после успешного завершения которого они попытаются напрямую изучить загадочный биологический мир озера.

ТЕГИ

поддержать проект

Для поднятия хорошего настроения, вы можете угостить наших редакторов чашечкой кофе

Маленькая чашка кофе