На глубине 1626 м под уровнем морского дна обнаружена богатая микробная жизнь

Архебактерия Pyrococcus furiosus — типичный обитатель горячих подводных источников и разогретых горных пород. Растет при температуре от 70 до 103 градусов. Фото с сайта www.dbu.de
Архебактерия Pyrococcus furiosus — типичный обитатель горячих подводных источников и разогретых горных пород. Растет при температуре от 70 до 103°C. Фото с сайта www.dbu.de

До сих пор максимальная глубина, на которой в толще морских донных отложений были обнаружены живые микробы, составляла 842 м. Результаты глубоководного бурения у берегов Ньюфаундленда показали, что богатая микробная жизнь присутствует вплоть до глубины 1626 м под уровнем морского дна, где при температуре 60–100°C обитают разнообразные термофильные архебактерии. Основную их пищу составляет метан и более тяжелые углеводороды, образующиеся в земных недрах при высоких температурах.

Прокариоты — бактерии и археи (= архебактерии) — составляют, возможно, половину всей биомассы на планете. Согласно одной из оценок, общая масса углерода, заключенного в клетках прокариот, достигает 550 млрд тонн (Whitman et al., 1998) — примерно столько же, сколько во всех растениях и животных, вместе взятых. Но даже эта колоссальная цифра может оказаться заниженной, поскольку мы еще очень мало знаем о «подземной биосфере» — разнообразных и многочисленных микробах, обитающих в толще горных пород глубоко под землей и в особенности под океанским дном.

Предполагается, что в полостях и трещинах осадочных и вулканических пород под дном океанов может скрываться до 2/3 всех микробов, обитающих на планете (из оставшейся трети подавляющее большинство обитает под поверхностью суши, в толще континентальной коры — вплоть до глубин 5–7 км). Однако для уточнения этих оценок нужны прямые данные, то есть непосредственные количественные оценки численности и разнообразия микроорганизмов в пробах, полученных в ходе глубоководного бурения. Получение таких данных — дело весьма трудоемкое и дорогостоящее. До сих пор рекордная глубина, на которой были обнаружены живые микроорганизмы, составляла 842 метра под уровнем морского дна. Микробы были найдены в морских отложениях возрастом до 3,5 млн лет при температуре до 55°C.

В последнем номере журнала Science группа ученых из Франции и Великобритании сообщила о результатах микробиологического анализа девяти проб, полученных из гораздо более глубокой скважины. Бурение производилось у берегов Ньюфаундленда. Глубина океана в точке бурения составляет 4560 м. Интерес к этому району Атлантики связан с тем, что это один из самых древних участков океанского дна, который образовался на ранних этапах формирования Северной Атлантики.

Пробы были взяты на глубинах от 860 до 1626 м под уровнем морского дна. Пробуренная толща состоит из донных отложений, формировавшихся на протяжении более 100 млн лет (возраст осадочных пород в самой нижней пробе составляет 111 млн лет, в самой верхней — 46 млн лет). На глубине около 1610 м имеется прослой твердых вулканических пород десятиметровой толщины, представляющий собой труднопреодолимое препятствие для жидкостей и газов. Самая нижняя из девяти проб была взята непосредственно под вулканическим прослоем. В этой пробе обнаружилась резко повышенная концентрация метана и высокомолекулярных углеводородов, которые образуются в недрах земли при высоких температурах. Вулканический прослой, очевидно, не позволяет этим веществам просачиваться наверх и способствует их накоплению.

Температура на разных глубинах не могла быть измерена непосредственно и потому вычислялась на основе косвенных признаков со значительной погрешностью. Для самой глубокой пробы (1626 м) была определена температура 60–100°C.

По вертикальной оси — глубина (в метрах под поверхностью морского дна). Черными точками и оранжевыми линиями показана концентрация метана в пробах. Треугольники и сплошная черная линия отражают отношение массы углеводородов к общей массе органического углерода. Синяя линия — процент делящихся клеток. Красная линия — число клеток на куб. см. Горизонтальной пунктирной линией показано положение вулканического прослоя, не позволяющего углеводородам просачиваться наверх. Справа указаны преобладающие разновидности архебактерий (ANME — археи, осуществляющие анаэробное окисление метана), а также минимальные и максимальные температуры для четырех проб. Рис. из обсуждаемой статьи в Science
По вертикальной оси — глубина (в метрах под поверхностью морского дна). Черными точками и оранжевыми линиями показана концентрация метана в пробах. Треугольники и сплошная черная линия отражают отношение массы углеводородов к общей массе органического углерода. Синяя линия — процент делящихся клеток. Красная линия — число клеток на куб. см. Горизонтальной пунктирной линией показано положение вулканического прослоя, не позволяющего углеводородам просачиваться наверх. Справа указаны преобладающие разновидности архебактерий (ANME — археи, осуществляющие анаэробное окисление метана), а также минимальные и максимальные температуры для четырех проб. Рис. из обсуждаемой статьи в Science

Во всех девяти пробах обнаружилось большое количество живых микробов (разумеется, были приняты все возможные меры, чтобы избежать загрязнений). Присутствие живых микроорганизмов было подтверждено несколькими независимыми методами. Во-первых, их просто наблюдали под микроскопом, причем многие клетки были застигнуты в момент деления. Во-вторых, пробы окрашивали особым красителем, который заставляет живые клетки прокариот светиться зеленым светом, а мертвые — красным. В-третьих, из каждой пробы выделялась ДНК, подвергавшаяся затем детальному анализу.

Количество микробов в пробах колебалось вокруг среднего значения 1,5 млн клеток на куб. см. — это типичная плотность микроорганизмов для глубоких слоев морских осадков. Примерно 60% клеток после окраски засветились зеленым, то есть были живыми. Больше всего делящихся клеток обнаружилось в самой нижней пробе, где была максимальная концентрация углеводородов, а также максимальная температура.

Thermococcus — один из характерных обитателей горячих глубинных слоев земной коры. Предпочитает температуру от 60 до 100°C. На одном из полюсов клетки находится пучок длинных жгутиков (как и у родственного Pyrococcus). Фото с сайта microbewiki.kenyon.edu
Thermococcus — один из характерных обитателей горячих глубинных слоев земной коры. Предпочитает температуру от 60 до 100°C. На одном из полюсов клетки находится пучок длинных жгутиков (как и у родственного Pyrococcus). Фото с сайта microbewiki.kenyon.edu

Анализ ДНК позволил приблизительно оценить таксономическое разнообразие обитателей земных недр. Ученые сосредоточились на археях, поскольку именно эта группа прокариот обычно преобладает в глубине морских отложений и в гидротермальных источниках. Удалось идентифицировать около полутора десятков разновидностей архей. В самой нижней пробе преобладают археи, относящиеся к хорошо изученным родам Pyrococcus и Thermococcus. Эти микробы могут расти при экстремально высоких температурах (до 100–103°С). Они являются гетеротрофами, то есть питаются готовыми органическими соединениями. Не исключено, что в недрах земли им могут служить пищей высокомолекулярные углеводороды, образующиеся абиогенным путем — без участия живых существ. В остальных пробах отмечено большое количество архей, осуществляющих бескислородное окисление метана.

Само собой разумеется, что все обнаруженные микробы являются анаэробными (не нуждаются в кислороде). Судя по всему, они живут в полной изоляции от «поверхностной» биосферы, не зависят от солнечного света и получают всё необходимое исключительно из недр земли. Но в целом экологический и таксономический «портрет» микробного сообщества пока удалось прорисовать лишь в самых общих чертах. Вполне возможно, что там есть и другие разновидности прокариот, которые еще только предстоит обнаружить и изучить.

В последние годы всё больше входит в моду гипотеза о том, что жизнь впервые зародилась именно в таких условиях: в трещинах и полостях перегретых горных пород, глубоко в недрах земли. Поэтому изучение подобных экзотических микробных сообществ, возможно, со временем приблизит нас к разгадке тайны происхождения жизни.

Источник: Erwan G. Roussel, Marie-Anne Cambon Bonavita, Joël Querellou, Barry A. Cragg, Gordon Webster, Daniel Prieur, R. John Parkes. Extending the Sub-Sea-Floor Biosphere // Science. 2008. V. 320. P. 1046.

Источник

Комментарии