загрузка...

Формы жизни бактерий

  • 16.06.2010 / Просмотров: 6336
    //Тэги: Гордон   жизнь  

    Насколько обоснованы гипотезы ученых о занесении жизни на Землю из космоса? Способны ли имеющиеся на поверхности метеоритов микроорганизмы сохранять свою жизнеспособность? Если на поверхности Марса жизни нет, стоит ли пытаться искать ее в толще марсианской породы? О том, что такое сверхдолгий анабиоз бактерий и как влияет его открытие на наши представления о происхождении жизни, - биологи Михаил Иванов и Саббит Абызов.

загрузка...







загрузка...

Для хранения и проигрывания видео используется сторонний видеохостинг, в основном rutube.ru. Поэтому администрация сайта не может контролировать скорость его работы и рекламу в видео. Если у вас тормозит онлайн-видео, нажмите паузу, дождитесь, пока серая полоска загрузки содержимого уедет на некоторое расстояние вправо, после чего нажмите "старт". У вас начнётся проигрывание уже скачанного куска видео. Подробнее

Если вам пишется, что видео заблокировано, кликните по ролику - вы попадёте на сайт видеохостинга, где сможете посмотреть этот же ролик. Если вам пишется что ролик удалён, напишите нам в комментариях об этом.


Расшифровка передачи


Михаил Иванов. И первые организмы, скорее всего,
всё-таки поступили живьём на Землю.
Александр Гордон. В собранном виде. Вы придер-
живаетесь этой же точки зрения?
Саббит Абызов. Да. Я думаю, что если жизнь при-
внесена из космического пространства на Землю, то
она привнесена, очевидно, в ледниковых образовани-
ях, которых очень много встречается в космическом
пространстве. И внутри, скажем просто, куска льда –
идеальные условия для сохранения жизнеспособно-
сти микроорганизмов.
Александр Гордон. То есть, любая комета, состоящая из…
Саббит Абызов. Есть такая точка зрения, что в ядрах комет воз-
можны какие-то формы жизни. Это современная гипо-
теза, конечно. И это может быть одним из источников
появления жизни на Земле. Когда-то в очень отдалён-
ные времена, миллиарды лет тому назад.
Александр Гордон. Но это всё равно парадоксальным образом не
отвечает нам на вопрос – где и когда и, главное, каким
образом зародилась жизнь. Она просит относить ответ
на этот вопрос туда, за пределы места и времени, в
котором мы живём.
Михаил Иванов. Совершенно верно. Но развивать эту гипотезу
надо. Одно время ведь от неё полностью пытались от-
казаться. Почему пытались отказаться? Потому что в
метеоритах, которые исследовались на Земле, снача-
ла обнаруживали жизнеспособные клетки микроорга-
низмов, но потом, когда методы исследований жизне-
способных клеток в метеоритах были улучшены, оказа-
лось, что всё это загрязнение метеоритов земной ми-
крофлорой.
Это очень интересно, Саббит Салахутдинович как
раз был одним из тех исследователей, который ещё за-
долго до антарктических исследований провёл очень
тщательное исследование большого числа метеори-
тов, поступивших на Землю. И показал, что в них жиз-
неспособных организмов нет. И это в какой-то степени
лило воду на гипотезу о происхождении жизни на Зе-
мле, отвергая возможность переноса живых клеток.
А в последнее время появились новые данные, кото-
рые показывают, что не жизнеспособные, а отмершие
клетки микроорганизмов, фассилизированные клетки
микроорганизмов в космических телах распростране-
ны очень широко. И вот тут некоторые снимки будут эту
точку зрения иллюстрировать.
Живых микроорганизмов пока в метеоритах не най-
дено, но эти работы продолжаются, и вы правы, что
вне Земли отнесён этот первый этап, но, я ещё раз
повторяю, что по данным биохимиков и молекулярных
биологов три миллиарда – слишком короткое время,
чтобы от неживой материи перейти к высокооргани-
зованной живой материи, к тем организмам, которые
сейчас населяют Землю. А если хотя бы первичные
формы жизни, прежде всего, бактериальные или бак-
тереоподобные организмы, на Землю попали, то уже
какой-то этап, очень важный и очень длительный этап
структурированной жизни в виде этих клеток, уже прой-
ден где-то вне Земли, и тогда вроде трех миллиардов
лет хватает на эволюцию до нас с вами.
Александр Гордон. Но для того, чтобы бактерии или другие простей-
шие могли пережить такое космическое путешествие
(и мы могли искать не только их следы, но жизнеспо-
собные организмы в метеоритах и других образовани-
ях), нужно было сделать то открытие, которое вы сде-
лали – для того, чтобы доказать, что это возможно.
Жизнеспособность микроорганизмов после сверхдли-
тельного анабиоза. Вы можете рассказать, как это бы-
ло сделано?
Саббит Абызов. Вообще, спор о длительности анабиоза микро-
организмов продолжался многие десятки лет. И не бы-
ло ни одного экспериментального доказательства су-
ществования такого сверхдлительного анабиоза ми-
кроорганизмов. Были находки в древнейших отложе-
ниях, в кладках египетских пирамид, в вечной мерзло-
те, но каждый раз эти находки отвергались, как загряз-
нение окружающей микрофлорой…
Михаил Иванов. Современной микрофлорой.
Саббит Абызов. Современной микрофлорой, потому что мы на-
ходимся в окружении микроорганизмов. И нужно было
разработать такую методику проверки этой гипотезы,
чтобы полностью исключить сомнения в том, что най-
денные в данном объекте микроорганизмы находятся
действительно внутри этого объекта.
Михаил Иванов. Мало было разработать методику, надо бы-
ло найти естественную экосистему найденной клетки,
возраст которой составлял бы, как минимум, сотни ты-
сяч лет. Такой экосистемой и явились антарктические
ледники.
Саббит Абызов. Да, такой экосистемой как раз и явились ан-
тарктические льды, почему мы и обратили внимание
на, как общепринято говорить, вечные ледники Антарк-
тиды. Было известно давно, что биологические объек-
ты внутри ледниковых образований прекрасно сохра-
няются очень длительные сроки. И можно было пред-
положить, что если микроорганизмы попадают в этот
объект, то, по-видимому, при отрицательных темпера-
турах они также могут очень длительное время сохра-
ниться. Поэтому нужно было разработать такую ме-
тодику, чтобы действительно показать, что микроорга-
низмы присущи этому объекту.
По счастливому стечению обстоятельств в конце 60-
х – начале 70-х годов в Центральной Антарктиде были
начаты очень интересные и обстоятельные работы по
глубокому бурению антарктического ледника, который
в районе станции «Восток» достигает 3 тысяч 750 ме-
тров, по данным гляциологов.
Михаил Иванов. И возраст нижних горизонтов где-то больше 400
тысяч лет, насколько я помню.
Саббит Абызов. У ледникового ложа он по некоторым данным
оценивается в 500 тысяч лет. А новейшие данные на-
учных сотрудников института Арктики и Антарктики да-
же говорят о миллионе лет.
Александр Гордон. По крайней мере, возраст того озера, которое
находится под этой станцией, люди, которые занима-
лись бурением и были у нас здесь, в этой студии, оце-
нивают в миллион лет.
Саббит Абызов. Да. И речь идёт о тех слоях, которые находят-
ся непосредственно над этим знаменитым озером Во-
сток. Но, как известно, эти буровые работы сейчас при-
остановлены. Я об этом не буду рассказывать, потому
что предыдущие наши коллеги уже рассказывали об
этом.
Александр Гордон. И о причинах тоже.
Саббит Абызов. Да, это очень интересная часть работы.
Но что касается наших исследований, первые про-
бы мы взяли в конце 74-го года – в начале 75-го года.
И уже первые наши результаты были положительные.
Очень мало мы обнаружили микроорганизмов, но всё-
таки они там были. У нас возникли сомнения. Может
быть, это загрязнение, несмотря на то, что мы всё тща-
тельно продумывали? Здесь я не буду рассказывать
подробно эту методику.
Михаил Иванов. Это специальный, конечно, вопрос.
Александр Гордон. всё-таки расскажите в двух словах о методике,
чтобы мы представляли себе, о чём идёт речь.
Саббит Абызов. Методика заключается вот в чём. Бурение про-
водил институт, который тогда назывался Ленинград-
ский горный институт. Там очень хорошие специали-
сты-буровики, хорошая школа. И сотрудники института
Арктики и Антарктики проводили эти работы, работы
велись под их руководством.
Из скважины извлекается ледяной керн, это такой
цилиндр. Затем из этого керна нужно было отобрать
пробу. Пробу надо было отобрать таким образом, что-
бы микроорганизмы, случайно попавшие на поверх-
ность этого керна, не попали бы в наши пробы. И для
этой цели была разработана специальная технология
отбора пробы из центральной части этого керна.
Для этой цели мы прибегли к такому методу. Отка-
лывали торец керна таким образом, чтобы не проис-
ходило никакого прикосновения к центральной части
керна. Поэтому мы придумали такое кольцевое скалы-
вающее устройство. При незначительном сжатии этого
кольцевого устройства торец керна откалывался, и по-
лучалась девственно чистая поверхность. Мы эту по-
верхность опускали на ледотаялку с воронкообразной
поверхностью.
Александр Гордон. Которая была стерильной, разумеется.
Саббит Абызов. Да, стерильной, и затем через специальную
приёмную трубку проба попадала в стерильную колбу
с перетянутым горлышком, в которой уже находилась
питательная среда.
Михаил Иванов. То есть, из центральной части керна получа-
лась талая вода, которая не соприкасалась ни с края-
ми керна, ни с чем. Только с этой стерильной поверхно-
стью. И эта талая вода и служила уже для изучения ко-
личества микроорганизмов, ледового их состава и так
далее.
Саббит Абызов. Горлышко колбы мы немедленно запаивали, не
разъединяя. Таким образом, получалась такая огром-
ная ампула, так что мы были абсолютно уверены, что
ничего в эту колбу, кроме как из центральной части кер-
на, не попало. Вот, в общем, очень коротко, в чём суть
этой методики.
Михаил Иванов. Надо сказать, что лёд в этом отношении иде-
альный объект, потому что он монолитный. Если в
этом керне есть трещины или какие-то изъяны, этот ку-
сок просто бракуется. А если это монолитный столбик
льда, то этот столбик как раз и используется для ис-
следований.
Александр Гордон. Это гарантия того, что в него не попали посто-
ронние…
Михаил Иванов. Вы ж понимаете, много ведь изучалось микро-
флоры буровых кернов, скважин, которые бурятся в
различных горных породах. Но практически во всех
этих горных породах есть поры, есть трещины, есть
возможность загрязнения керна при бурении. Лёд в
этом отношении практически идеален.
Александр Гордон. И что вам удалось обнаружить при первой же
пробе?
Саббит Абызов. Уже при первой экспедиции мы пробурили 105
метров, обнаружили различные формы микроорганиз-
мов – бактерии, грибы, дрожжи, актиномицеты.
Александр Гордон. Которые находились в состоянии анабиоза?
Саббит Абызов. Да. И после рассева в строго стерильных усло-
виях из этой колбы мы получали незначительное коли-
чество представителей названных групп.
Михаил Иванов. То есть культуры этих групп.
Александр Гордон. Они начинала делиться, то есть они были жиз-
неспособны?
Саббит Абызов. И вот на первой схеме у нас показано распре-
деление различных групп микроорганизмов в толще
ледника. Здесь очень интересная получается картина.
Неспорообразующие микроорганизмы преобладают в
верхних горизонтах ледника. А по мере углубления в
ледник увеличивается относительное количество спо-
рообразующих бактерий по отношению к неспорообра-
зующим. И в то же время общая картина идёт к тому,
что количество обнаруживаемых этим методом микро-
организмов постепенно падает. И уже на глубине, я уже
не буду подробно рассказывать, примерно две с поло-
виной тысячи метров уже процент колб, давших рост
микроорганизмов, составляет только около трех про-
центов.
Александр Гордон. А какой вывод вы делаете: что количество ми-
кроорганизмов вообще уменьшается или уменьшается
количество жизнеспособных?
Саббит Абызов. Количество жизнеспособных микроорганизмов
уменьшается. Я назвал бы эту часть нашей работы
первым этапом исследователей.
Александр Гордон. То есть вы нашли предел анабиоза?
Михаил Иванов. Нет, до предела не дошли…
Саббит Абызов. Так была экспериментально проверена воз-
можность длительного анабиоза микроорганизмов, ис-
числяемого десятками и сотнями тысяч лет.
Михаил Иванов. Самые нижние образцы какой возраст имеют?
Саббит Абызов. Самые нижние образцы имеют возраст 400 ты-
сяч лет – по нашим данным. Но уже после наших ра-
бот (это уже общеизвестные работы) другие исследо-
ватели из Московского университета и из Пущино, ко-
торые проводили активные работы с вечной мерзло-
той, нашли в слоях вечной мерзлоты образцы, которые
имеют возраст пять миллионов лет, семь миллионов
лет. Им уже теперь стало легче, потому что действи-
тельно экспериментально было показано существова-
ние сверхдлительного анабиоза. Теперь уже с этим ни-
кто не спорит.
Александр Гордон. И на этих горизонтах в семь миллионов лет они
находят жизнеспособные организмы, да?
Саббит Абызов. Да, да.
Михаил Иванов. Причём, интересно, что в работах с вечномёрз-
лыми грунтами, с вечномёрзлыми породами находят
даже большее количество жизнеспособных клеток. По-
тому что в антарктический ледник микрофлора попа-
дает через атмосферу вместе с пылевыми частицами,
Саббит Салахутдинович нам об этом ещё два слова
скажет.
Саббит Абызов. Да, обязательно скажу.
Михаил Иванов. Поэтому в леднике их относительно небольшое
количество. Понимаете, ледник не является сферой
активной жизни микроорганизмов. А вот мёрзлые по-
роды и мёрзлые почвы до того, как они стали мёрзлы-
ми, они являлись активной системой.
Александр Гордон. Органикой.
Михаил Иванов. Да. Поэтому там исходное количество микроор-
ганизмов было на порядки больше, чем исходное ко-
личество тех микроорганизмов, которые поступили с
пылью в Антарктиду. И, естественно, при том же про-
центе там гораздо большее количество микроорганиз-
мов обнаруживается в этих мёрзлых породах, чем во
льдах, и гораздо больше разнообразие микроорганиз-
мов. Но, так сказать, система остаётся прежней. Вот
уже образцы мерзлоты с пятимиллионным возрастом
содержат жизнеспособную микрофлору в достаточно
большом разнообразии и в большом количестве.
Саббит Абызов. Возвращаясь к нашим исследованиям, на этой
схеме очень хорошо представлена эта картина. Нам
интересно посмотреть вот что: ну, хорошо, микроорга-
низмы на наших питательных средах не растут. Это не
значит, что их там нет. Во-первых, мы можем не уга-
дать, какая требуется среда для тех микроорганизмов,
которые мы можем обнаружить.
Александр Гордон. А вы какие среды использовали?
Саббит Абызов. У нас среда была очень простая. Это был кар-
тофельный отвар, обогащённый дрожжевым автолиза-
том. Оказалось, что, в общем-то, очень широкий круг
микроорганизмов растёт на этой среде.
Теперь о следующем, втором этапе наших иссле-
дований – когда мы изучали пробы на мембранных
фильтрах. При подсчёте под микроскопом там мы об-
наруживали очень большое количество микроорганиз-
мов – в сравнении, конечно, с тем, что мы обнаружили
первым нашим методом, методом высева. Здесь уже
мы обнаруживали порядка ста, тысячи клеток в одном
миллилитре.
Было очень интересно – в каком же состоянии на-
ходятся эти микроорганизмы? И среди них оказались
жизнеспособные. Это было показано радиоизотопным
методом, который проводила в нашем институте стар-
ший научный сотрудник Ирина Николаевна Мицкевич.
Она подсчитывала этим радиоизотопным методом воз-
можность усвоения меченого углерода.
Затем применялся очень интересный метод окраши-
вания флуорескамином этих проб на фильтрах, кото-
рый проводила Маргарита Николаевна Поглазова. Эти
результаты нам позволили прийти к очень интересному
выводу, что распределение микроорганизмов в толще
антарктического ледника имеет какой-то скачкообраз-
ный характер. Вот на следующей схеме эта очень инте-
ресная работа показана, это можно даже назвать вто-
рым открытием, я бы так назвал его.
Потому что, когда на нашей планете происходит рез-
кое понижение температуры, наступает ледниковый
период, усиливается атмосферная циркуляция, обна-
жается шельф морей и океанов. И этими мощными
потоками воздуха огромное количество микроорганиз-
мов и пыли несётся во всех направлениях по нашей
планете. И, в том числе, на поверхность ледников. И,
оседая на поверхность ледников, они уходят, как гово-
рится, в вечность. И вот эту картину мы обнаружили в
толще ледника Антарктиды. Когда сопоставили коли-
чество микроорганизмов – вот на этой схеме очень хо-
рошо видно. Внизу чёрные графики – это пыль.
Михаил Иванов. Частички, пылевые частицы.
Саббит Абызов. Эту часть исследований проводили наши фран-
цузские коллеги. А вот выше точками изображено коли-
чество микроорганизмов, присутствующих в этих сло-
ях. Очень интересное совпадение. То есть, много ми-
кроорганизмов и, соответственно, много и пыли.
Александр Гордон. И тем ниже температура.
Саббит Абызов. И если сопоставить это с верхним графиком,
где температура, очень хорошо видно: низкие темпе-
ратуры, значит, выше количество как микроорганиз-
мов, так и пылевых частиц. Значит, климатическое со-
стояние планеты влияет на содержание микроорганиз-
мов в толще вечных ледников. И не только микроорга-
низмов, но и пылевых частиц. Этот очень интересный
факт тоже был установлен нашими исследователями.
Михаил Иванов. Я хочу только добавить, что, конечно, когда на-
чали применять мембранные фильтры для учёта об-
щей численности микроорганизмов, оказалось, что не
все клетки жизнеспособны. Это видно при применении
этих специфических цитологических окрашиваний. Ко-
личество значительно большее, чем то, что учитывает-
ся на питательных средах, значительно больший про-
цент жизнеспособных клеток, но всё-таки, конечно, не
все клетки, которые находятся в леднике, не все эти
клетки живые. Много и отмерших клеток. Не каждая
микробная клетка выдерживает атмосферный перенос
– в южном полушарии идёт особенно активный атмо-
сферный перенос из тропических регионов по верх-
ним горизонтам атмосферы, где жёсткая ультрафиоле-
товая радиация. Вообще, конечно, условия жизни ми-
кроорганизмов в атмосфере это не их среда обитания.
Кто-то там выживает, кто-то там сохраняется, но мно-
гие клетки гибнут. И вот эти и живые и погибшие клет-
ки обнаруживаются, когда начинают использовать не
только метод питательных сред, но и метод их мем-
бранных фильтров, на которых видны все клетки.
Александр Гордон. Простите, ради Бога, потому что этот вопрос
возникает вне всякого сомнения. У многоклеточных,
за редким исключением (земноводные этим славятся)
нет способности к анабиозу, потому что при пониже-
нии температуры жидкость, которой заполнена клетка,
преобразуется в кристалл льда, и она разрывает мем-
брану и всё остальное. Почему это не происходит у од-
ноклеточных? Что это за механизм анабиоза у них?
Михаил Иванов. Я, например, затрудняюсь на это ответить. Я
думаю, что здесь играют свою роль ультрамикроскопи-
ческие размеры.
Александр Гордон. То есть, возможность полного высыхания.
Михаил Иванов. Да, да. Скорее всего, так. Лиофилизация пред-
шествует образованию вот этих ледяных кристаллов.
Александр Гордон. Понятно.
Саббит Абызов. И, возвращаясь к нашим исследованиям, я рас-
скажу о третьем этапе наших микробиологических ис-
следований толщи ледника. Третьим этапом я счи-
таю этап, когда мы приблизились к ледниковому ложу.
Здесь совершенно иная уже обстановка. В предыду-
щей вашей передаче наши ведущие гляциологи уже го-
ворили, что в нижних горизонтах ледника Антарктиды
совершенно иная гляциологическая обстановка.
Микробиологические исследования то же самое по-
казывают – здесь уже совершенно иная обстановка,
потому что у ледникового ложа температура, пример-
но, минус два и четыре десятых градуса. Ну, может
быть, минус четыре градуса. Есть многочисленные
данные о том, что при этих температурах некоторые
формы микроорганизмов могут размножаться. Но там
ещё вот в чём специфика ситуации – происходит за-
мерзание и оттаивание, очевидно. Вот этот факт очень
«не полезен» для микроорганизмов, они погибают. В
этой ситуации уже какие-то иные законы действуют.
И нам предстоит во всём этом разобраться, когда мы
достигнем самых нижних горизонтов антарктического
ледника.
Александр Гордон. А средняя температура в толще льда какая?
Саббит Абызов. Она постепенно с поверхности, где, скажем, она
минус 57 градусов, постепенно по мере углубления…
Александр Гордон. Повышается?
Саббит Абызов. Повышается. В толще ледника, там минус 45,
минус 20. То есть, она постепенно…
Михаил Иванов. Становится менее отрицательной.
Саббит Абызов. Да. Но в основной толще ледника очень ста-
бильные условия для анабиоза микроорганизмов. А
вот в самых нижних горизонтах ледникового ложа та-
кая ситуация отсутствует. Поэтому нам предстоит мно-
го работы, это только-только начало этих исследова-
ний, мы об этом сейчас размышляем, думаем, гото-
вимся.
Михаил Иванов. Это надо моделировать.
Саббит Абызов. Да. Это работы ближайшего будущего, я наде-
юсь.
Александр Гордон. Хорошо. Если теория панспермии верна, то
жизнь во Вселенной должна распространяться, соб-
ственно, по тем же законам, по которым существует
Вселенная – равномерно и повсюду. Это значит, что у
нас в Солнечной системе не так много планет, которые
могут принять жизнь и сделать так, чтобы она суще-
ствовала. Может быть, на спутнике Юпитера в заморо-
женном виде, может быть, какие-то подземные резер-
вуары на Марсе, если они существуют, но ведь поис-
ки на Марсе так ничего и не дали. Пробы грунта были
взяты, но никаких следов.
Михаил Иванов. Вы понимаете, история с Марсом достаточно
любопытна. И любопытность её состоит в том, что
Марс и Земля, эти две планеты образовывались при-
мерно в одних и тех же условиях. Из одного и того же
протопланетного облака. И если говорить очень кратко
о геологической истории Марса, то она включала в се-
бя существование жидкой воды на поверхности Мар-
са. Исследования, которые были проведены и совет-
скими, и американскими спутниками, которые исследо-
вали Марс, однозначно показывают, что на Марсе бы-
ла жидкая вода. Жидкая вода – это одно из условий
существования жизни. Об этом очень много написано
и я не буду об этом много говорить, но это даёт осно-
вание думать, что на той стадии истории Марса, когда
на нём существовала жидкая вода, были условия для
поддержания жизни. Мы уже сейчас с вами разговари-
ваем с позиций теории панспермии, да? Но, последу-
ющая история Марса, более удалённого от Солнца, с
другим температурным режимом, привела к тому, что
эта жидкая вода исчезла и, вообще говоря, довольно
наивно было надеяться на нахождение жизнеспособ-
ных клеток на поверхности Марса.
Экспедиция «Викинг», конечно, это блестящая
экспедиция, прекрасно подготовленная, великолепно
оформленная. Достаточно сказать, что сложнейший
корабль, вернее биологический блок «Викинга», ведь
он был целиком простерилизован при температурах
порядка 118-120 градусов. Со всей электроникой, со
всеми приборами, которые там были. Он был даже
простерилизован.
Но гипотеза, заложенная в исследование жизни на
Марсе, викинговская гипотеза, оказалась не дееспо-
собной. Она исходила из земной модели – что мак-
симальная жизнь сосредоточена на поверхности пла-
неты. Это не ошибка авторов биологической програм-
мы «Викинга», это просто недостаточность тех знаний
о Марсе, которые были к началу экспедиции «Викин-
га». Понимаете, надеяться, что на поверхности Мар-
са, прожигаемой ультрафиолетом, нагреваемой в мар-
сианский день и остывающей в марсианскую ночь, мо-
гут сохраниться жизнеспособные организмы, даже та-
кие устойчивые, как микроорганизмы, на это надеять-
ся сейчас, конечно, не приходится. Особенно, если
вы учтёте, что ежегодно на Марсе происходят песча-
ные бури, когда весь поверхностный слой фактически
вздымается в атмосферу и прожигается космическим
излучением.
Александр Гордон. Прожаривается.
Михаил Иванов. Да, прожаривается космическим излучением,
различными видами космического излучения. После
«Викинга» одно время было такое унылое представле-
ние, что вообще на Марсе, наверное, надо ставить
крест. Нечего там искать жизнь.
Но потом развитие микробиологии, в частности, гео-
микробиологии на Земле, показало, что обитаемы (во
всяком случае обитаемы микроорганизмами) отнюдь
не только поверхности Земли, и сейчас это доказано
очень многими исследованиями – обитаема и подпо-
верхностная часть планеты. По крайней мере, до не-
скольких километров, а вернее сказать, до какого-то
температурного барьера.
Одно время считалось, что это температурный ба-
рьер порядка ста градусов. Однако, после открытия
чёрных курильщиков, после исследований горячих ис-
точников, было показано, что микроорганизмы при
определённых условиях, в частности, при повышен-
ном давлении, могут развиваться и при температурах
ниже ста градусов. И поэтому сейчас эта граница пре-
бывания жизнеспособных (я не говорю спор или нежиз-
неспособных клеток, а о границе обитания именно жиз-
неспособных, активных микроорганизмов) уже опуще-
на ниже ста градусов. Особенно много микроорганиз-
мов обнаруживается в обводненных породах. То есть,
там, где есть какое-то движение и возможность прито-
ка питательных веществ и оттока метаболитов.
В частности, очень сильно заселёнными оказались
нефтяные месторождения. Правда, большинство ис-
следователей, я отношусь тоже к их числу, считают, что
в нефтяные месторождения микрофлора попадает при
разбуривании этих месторождений. Что это не абори-
генная микрофлора, во всяком случае, для самых глу-
боких месторождений.
Александр Гордон. Но, тем не менее, чувствуют они себя там хоро-
шо.
Михаил Иванов. Но определённые виды микроорганизмов чув-
ствуют себя там очень прилично. Настолько прилично,
что сейчас у нас в институте разработаны методы, ко-
торые позволяют регулировать активность этих микро-
организмов в нефтяных залежах. И эти микроорганиз-
мы влияют на повышение нефтеотдачи.
Александр Гордон. Увеличивая давление?
Михаил Иванов. Увеличивая давление, продуцируя поверхност-
ноактивные вещества, продуцируя растворители, про-
дуцируя газы. Вот после того, как начались тщатель-
ные исследования глубоких горизонтов нашей Земли,
возникла идея, что надо посмотреть: а что же делается
и под поверхностью Марса, где положительные темпе-
ратуры, где, стало быть, возможно присутствие жидкой
воды и где есть необходимые субстраты для развития
микроорганизмов.
Александр Гордон. О каких глубинах идёт речь?
Михаил Иванов. Это, во всяком случае, сотни метров от поверх-
ности Марса. Сотни метров. Трудно сказать точно, это
всё предполагается по косвенным геофизическим дан-
ным.
Там даже есть и субстраты, на которых могут раз-
виваться микроорганизмы, это очень специфическая
группа так называемых хемоавтотрофных микроорга-
низмов, которые не нуждаются в готовом органическом
веществе, но могут его, наоборот, продуцировать в
виде своей биомассы, используя такие восстановлен-
ные соединения, как сероводород, метан, просто газо-
образный водород.
И появились даже некоторые косвенные доказа-
тельства присутствия микроорганизмов именно в этих
горизонтах Марса – не поверхностных, а более или ме-
нее глубоких.
Доказательства эти идут по двум линиям. Материал,
который исследуется для обоснования этой гипотезы,
это так называемые марсианские метеориты. Что та-
кое марсианские метеориты? Это куски марсианских
пород, выброшенные при ударе больших метеоритов
о поверхность Марса.
Александр Гордон. Или в результате вулканической деятельности.
Михаил Иванов. Нет, вулканической деятельности здесь не хва-
тает. Здесь нужен очень мощный взрыв, который про-
исходит при столкновении большого метеорита с по-
верхностью. И при этом выбрасываются более или ме-
нее глубокие горизонты этих марсианских пород. И
если эти куски имеют начальную скорость больше пяти
метров в секунду, то они выходят в космическое про-
странство и часть из них попадает на Землю.
Так вот в этих космических – так называемых марси-
анских – метеоритах американские микробиологи, вер-
нее, и микробиологи в том числе, обнаружили форму,
морфологически похожую на наземные микроорганиз-
мы, но значительно меньших размеров.
Александр Гордон. Чуть ли не в той же Антарктиде.
Михаил Иванов. В той же самой Антарктиде. Антарктида – вооб-
ще очень хорошее место для поиска этих самых метео-
ритов, потому что если вы видите камень на поверхно-
сти ледника, и знаете, что под ним два километра льда,
то ясно, что этот камень не снизу, а сверху пришёл на
эту ледниковую поверхность.
Так вот, это одна система доказательств, находка
этих бактериоподобных форм в марсианских метеори-
тах. Есть здесь некоторые сомнения, потому что, вы
понимаете, морфологическое доказательство это не
стопроцентное доказательство. Вот если бы там были
многоклеточные формы, тогда это было бы более вес-
ким доказательством.
Но есть и доказательства другого порядка. В этих же
марсианских метеоритах обнаружены продукты мета-
болизма, которые по изотопному составу, по составу
стабильных изотопов свидетельствуют о том, что это
продукты метаболизма микроорганизмов. В двух сло-
вах история состоит в том, что только при биологи-
ческих процессах происходит заметное фракциониро-
вание стабильных изотопов. Скажем, изотопа углеро-
да двенадцатого и углерода тринадцатого. И вот такие
обогащённые изотопами продукты обнаруживаются в
марсианских метеоритах.
И по минеральному комплексу этих метеоритов
можно даже восстановить ту экологическую среду, в
которой происходило развитие этих микроорганизмов.
Оказывается, что это температура ниже ста градусов,
это присутствие жидкой воды и это присутствие вос-
становленных соединений, которые как раз и могут
служить субстратами для развития этих микроорганиз-
мов. Так что вот один из примеров.
Вы правильно сказали – конечно, не на всех плане-
тах Солнечной системы жизнь могла, даже попав ту-
да, развиться, но на Марсе, видимо, такой этап был. И
я, надеюсь, что при последующих исследованиях Мар-
са, а сейчас подповерхностные исследования Марса
путём бурения заложены во все программы – и в про-
граммы Европейского сообщества…
Александр Гордон. Именно на глубины – более ста метров?
Михаил Иванов. Нет, пока не на эти глубины. Но, тем не менее,
исследования подповерхностного горизонта Марса, в
том числе и для поисков следов марсианской жизни, –
это сейчас вошло практически во все долгосрочные
космические программы.
Александр Гордон. Тут вот какой вопрос у меня. Если в метеоритах,
которые предположительно пришли с Марса, обнару-
жены некие, может быть, и не формы жизни (что под
вопросом), но уж точно остатки жизнедеятельности…
Михаил Иванов. С моей точки зрения, второе доказательство
более убедительное.
Александр Гордон. То почему в образцах грунта, который привезён
с Марса, нет ископаемых остатков?
Михаил Иванов. А вы понимаете, с Марса пока не привезён
грунт. Он ведь исследовался «Викингом» на поверхно-
сти. Но и там не было обнаружено даже следов орга-
нического вещества. И, с моей точки зрения, не могло
быть обнаружено.
Александр Гордон. По тем причинам, на которые мы указали.
Михаил Иванов. Да, о которых мы с вами говорили. Это прож-
жённые космическим излучением, многократно воз-
несённые в атмосферу, в верхние горизонты, породы…
Александр Гордон. И через это сито даже остатки жизни пройти не
могли.
Михаил Иванов. Даже, понимаете, наверняка на Марс (так же
как на Землю) падают так называемые хондриты, ме-
теориты, содержащие большое количество органиче-
ского вещества. Но даже этого органического веще-
ства в этих областях Марса не обнаружено. То есть, ни-
какого органического вещества в образцах Марса об-
наружено не было, что говорит о том, что даже если
оно там и присутствовало, попадалось с хондритами,
то всё, конечно, сгорает в тех условиях.
Александр Гордон. У меня вопрос по тем образцам простейших, ко-
торые вы находили в антарктических глубинах. Я не
знаком, к сожалению, с систематикой простейших. Но
вы уже говорили, что там и грибы, и дрожжи были,
и спорообразующие, и неспорообразующие. Были ли
какие-то микроорганизмы, аналогов которым сегодня
нет? Которые успели уйти с эволюционной арены?
Саббит Абызов. Таких выводов мы пока не можем сделать. Кро-
ме тех микроорганизмов, которые я уже назвал, там мы
нашли очень красивые формы одноклеточных водоро-
слей. Вот как раз цветные иллюстрации этих водоро-
слей. Кроме того, пыльца высших растений. Незначи-
тельное количество, но она встречается. То есть, она
тоже…
Александр Гордон. Вы можете определить каких растений?
Саббит Абызов. Мы не полинологи, нам об этом трудно судить.
Поэтому нужно решать эту проблему совместно с по-
линологами, которые изучают пыльцу различных ра-
стений. То, что мы их видели в различных горизонтах,
исследованных нами, это точно. У нас есть и снимки
этих микроорганизмов…
Михаил Иванов. И пыльцы тоже.
Саббит Абызов. И пыльцы тоже. И одноклеточных водорослей.
Здесь их цветные иллюстрации то и дело мелькают.
Александр Гордон. Покажите нам водоросли, пожалуйста, если это
получится.
Саббит Абызов. Очень красивые эти снимки получились.
Александр Гордон. Я вот почему задаю этот вопрос. Потому что не-
сколько раз проскакивало в прессе такое опасение (и
вот вы сказали, что «Викинг» стерилизовали для того,
чтобы он не занёс на поверхность Марса земную фло-
ру), что в связи с глобальным потеплением, с оттаива-
нием некоторых слоёв вечной мерзлоты, к жизни мо-
гут вернуться микроорганизмы, которые находились в
анабиозе и которые могут быть небезопасны для фло-
ры и фауны современной планеты.
Михаил Иванов. Такую вероятность исключать нельзя. Эти опа-
сения возникали очень давно, особенно когда находи-
ли якобы живые микроорганизмы (потом это оказалось
ошибкой) в отложении пермских солей. Тогда, конечно,
это звучало не очень убедительно, потому что в перм-
ское время не было ещё человека. А если не было че-
ловека, то не могло быть и патогенных человеку ми-
кроорганизмов. Но вот в более молодых отложениях
это, конечно, исключить на сто процентов нельзя – по-
явления каких-то сейчас не существующих, но потен-
циально опасных микроорганизмов.
Александр Гордон. И, следовательно, нельзя исключить ещё и воз-
можности попадания сегодня из космоса простейших
микроорганизмов тем же самым путём, которым они
попали два-три миллиарда лет назад. И их возможный
конфликт с флорой и фауной планеты.
Михаил Иванов. Вы имеете в виду естественный процесс?
Александр Гордон. Естественный. Ну, скажем, падение ледяной ко-
меты, осколка ледяной кометы, который вызывает ка-
тастрофические изменения…
Михаил Иванов. Да, это может быть.
Александр Гордон. …но при этом приносит ещё и некоторые формы
жизни, о которых мы не знаем.
Михаил Иванов. В связи с развитием космических исследова-
ний очень большая была полемика по поводу того, как
бы нам искусственно не занести с образцами, скажем,
с Марса, какую-нибудь гадость. Но я должен сказать,
что существует очень большая программы планетной
защиты. Принципы этой планетной защиты разрабо-
таны. И периодически проходят международные сове-
щания по совершенствованию этой планетной защи-
ты. Так что, во всяком случае, маловероятно, что за
счёт деятельности человека попадёт какая-то опасная
микрофлора, потому что предусмотрен большой набор
мероприятий на случай приёма материала с потенци-
ально необитаемых планет, таких как Марс.
Александр Гордон. И ещё один вопрос, который касается вашей ги-
потезы о том, что в ядрах комет могут существовать
микроорганизмы в состоянии анабиоза – жизнеспособ-
ные микроорганизмы.
Саббит Абызов. Это не моя гипотеза, это общераспространён-
ное предположение.
Александр Гордон. Которое ваше открытие косвенным образом
подтверждает…
Саббит Абызов. Наше открытие показывает, что в ледниках
вполне вероятно, так сказать, прибытие каких-то жиз-
неспособных микроорганизмов на нашу планету. Я в
это верю абсолютно.
Александр Гордон. А какого размера должна быть комета или ме-
теорит, составленный из камня и льда, для того чтобы,
проходя через плотные слои атмосферы, частично сго-
рая в атмосфере, всё-таки доставить сюда эту капсулу
жизни? Есть какие-то размышления по этому поводу?
Саббит Абызов. Трудно сказать…
Михаил Иванов. Это вопрос к астрофизикам…
Александр Гордон. Я задам им этот вопрос, когда они здесь будут…
Михаил Иванов. Ведь он не столько сгорать, сколько таять бу-
дет. И это будет происходить, наверно, даже быстрее,
чем сгорание, хотя трудно сказать точно, теплоёмкость
льда достаточно большая.
Нет, я, например, не берусь сказать, сколько метров
в диаметре должен быть ледяной метеорит, чтобы он
успел долететь до Земли и не растаял полностью.
Саббит Абызов. Может быть, и такие случаи бывали когда-то,
миллионы лет тому назад, о чём мы здесь и говорим.
Александр Гордон. Ну вот тунгусский метеорит тоже считают ледя-
ной кометой или ледяным метеоритом.
Саббит Абызов. Это только одно из предположений насчёт тун-
гусского метеорита, я считаю. Пока ведь не известно,
был ли это вообще метеорит. Об этом же, вы знаете,
много споров.
Александр Гордон. Но случись такое событие сегодня, наверняка,
микробиологи были бы на месте происшествия одними
из первых, потому что это было бы блестящим пово-
дом доказать или опровергнуть теорию панспермии…
Михаил Иванов. Если бы военные не засекретили это дело. Они
любят это. Оказаться первыми и всё закрыть.
Александр Гордон. Я вот почему задал вопрос о формах микроор-
ганизмов, которые вы находили. Потому что кто-то из
биологов в этой студии утверждал, что многие простей-
шие, то есть, микроорганизмы, просто «отказываются»
– почти сознательно – от эволюции. То есть, грубо го-
воря, те формы простейших, которые существовали на
Земле миллиарды лет назад, существуют и сегодня,
никак не изменившись.
Михаил Иванов. Да, есть такая точка зрения. Вот Георгий Алек-
сандрович Заварзин, который у вас будет, он как раз с
этих позиций будет вам рассказывать.
Но мне-то кажется, что, может быть, у микроорганиз-
мов и не было такой большой необходимости эволюци-
онировать, потому что живой организм эволюциониру-
ет, когда меняется среда. А микроорганизмы могли раз-
виваться практически в тех нишах, которые не изменя-
лись в течение жизни Земли. И второе. Микроорганиз-
мы эволюционировали очень сильно. Но у них эволю-
ция шла не по морфологии. Ну, частично шла по мор-
фологии, конечно. Мы знаем и нитчатых многоклеточ-
ных микроорганизмов, и различные формы палочки –
кокки, диплококки и так далее. Скользящие микроорга-
низмы своеобразные очень.
Но у микроорганизмов эволюция шла главным обра-
зом по пути эволюции обмена веществ, по усвоению
различных источников энергии и питания. И в этом от-
ношении микроорганизмы, конечно, обладают гораз-
до большими возможностями по сравнению с нами –
людьми и животными…


Обзор темы


Поиск жизни (хотя бы — в ее самых примитивных формах) вне Земли ведется уже давно. В основном в данном случае анализу подвергались — пробы грунта Марса (полученные во время экспедиции «Викинг», предпринятой американцами в 1976 г.), а также — многочисленные образцы метеоритного вещества. Данное направление исследований есть на самом деле возрождение старой теории (гипотезы?) панспермии Арениуса, согласно которой жизни на нашей планете была занесена извне случайным образом в виде микроорганизмов, которые уже затем самостоятельно прошли долгий путь развития от простейших форм жизни — к более сложным. Но возможно ли это реально? Поиск ответа на этот вопрос должен идти по двум разным путям:
1. выявление реликтов деятельности микроорганизмов на внеземных объектах;
2. установление различных форм существования данных микроорганизмов (иными словами — как и при каких условиях они могут попасть на другую планету и при этом сохранить свою жизнедеятельность).
Практически все данные, полученные как при анализе проб грунта Марса, других планет, а также попадающих на нашу Землю многочисленных метеоритов дают результат отрицательный: иными словами, все это абсолютно безжизненные субстанции. Но так было, видимо, не всегда, в частности, мы можем предположить, что когда-то давно на том же Марсе существовали низшие формы жизни, по тем или иным причинам не развившиеся в более высокие структуры. И, может быть, там процессы возникновения жизни могли происходить так же, как и на нашей планете.
Кроме сети речных палеорусел на поверхности Красной планеты хорошо видны многочисленные горы и различные кратеры — вулканического и ударного происхождения; последние образовались при падении метеоритов. Например, хорошо различимы мелкие структуры на дне кальдеры древнего вулкана Аполлинариус Патера.
В геологической истории Марса, как и в истории Земли, был период интенсивной вулканической деятельности, сопровождавшийся выбросом в атмосферу углекислоты, водяных паров и восстановленных летучих компонентов (СН, Н2, NH3, H2S). Следовательно, палеоатмосфера планеты изначально была восстановленной. О том же, что на смену ей пришла окисленная (кислородсодержащая), однозначно свидетельствуют оранжевые и коричневато-красные тона современной поверхности, обусловленные повышенной концентрацией окислов железа в верхнем слое «почвы». Обобщение разнообразных данных можно сформулировать следующим образом:
— сходные условия формирования и геологической истории двух соседних планет — Земли и Марса — позволяют полагать, что жизнь на Марсе возникла примерно в то же время, что и на Земле. Следовательно, поиски современных или ископаемых организмов на Марсе не выглядят бесперспективными.
— учитывая крайне суровые экологические условия на современном этапе эволюции Марса, даже более суровые, чем в полярных пустынях Антарктиды, следует ориентироваться на поиск только низших форм организмов: бактерий, лишайников, низших водорослей. Поиски следует вести в наиболее прогреваемых почвах экваториальной зоны Марса;
— принимая во внимание тот факт, что на Земле максимальная плотность низших организмов обнаруживается в поверхностных горизонтах почвы, первоочередной интерес представляет изучение самых верхних горизонтов Марса и поиск в них как фотоавтотрофных, так и гетеротрофных организмов, вернее сказать, не самих органиков, а следов их метаболической активности (жизнедеятельности).
На уровне имевшихся к 1975 г. результатов изучения Марса все три вывода и три вытекающие из них задачи выглядят логически обоснованными. Этого не скажешь, однако, об еще одном — четвертом пункте, а именно: об ориентации на поиск только аэробных организмов (способных жить и развиваться только в кислородной среде). Уже во время подготовки экспедиции «Викинг» было известно, что содержание кислорода в атмосфере Марса не превышает 0.1–0.4%, поэтому казалось более логичным включить в программу поиск анаэробных микроорганизмов (способных жить и развиваться при отсутствии в среде свободного кислорода). Однако это не было предусмотрено.
Для поиска следов метаболической активности аэробных гетеротрофных и фотоавтотрофных микроорганизмов в поверхностных горизонтах марсианской «почвы» были использованы следующие методы.
Для обнаружения процесса фотосинтеза образец грунта увлажняли и помещали в освещен ную ячейку. Контролем служил темный образец. О наличии фотосинтеза судили по выделению кислорода в освещенной ячейке. Во втором варианте в атмосферу над увлажненным образцом добавляли СО2 и СО, меченные радиоактивным углеродом 14С. По окончании эксперимента грунт помешали в пиолитическую ячейку и проводили операцию ступенчатого органического вещества до СО2. В присутствии активных фотосинтетиков часть меченого углерода из 14СО2 и 14СО должна включаться в органическое вещество биомассы.
Для определения возможной физиологической деятельности гетеротрофных бактерий также применялся радиоизотопный метод. Образцы фунта увлажнялись питательной средой, в состав которой входили низкомолекулярные органические вещества, меченные углеродом. В случае присутствия в грунте жизнеспособных гетеротрофных бактерий, окисляющих добавленные органические соединения, в газовой фазе должен появляться СО2. Контролем служили простерилизованные образцы.
Перечисленные методы многократно использовались в наземных условиях на разных образцах грунта и почвы, отобранных главным образом в Антарктиде. Были получены характерные кривые выделения кислорода и потребления 14СО2 при фотосинтезе и выделения 14СО2 при бактериальном окислении радиоактивно меченных органических соединений.
И вот на экранах появляются первые результаты. Из увлажненного грунта в освещенной ячейке выделяется кислород, в эксперименте с радиоактивно меченными органическими соединениями идет интенсивное выделение радиоактивного углекислого газа. Значит, задача решена? В грунте Марса присутствуют и фотосинтетики и гетеротрофы? Однако характер кривых выделения и О2, и СО совсем иной, чем это было в земных образцах. Выделение газов происходит слишком стремительно в первые же минуты и быстро прекращается.
Невольно напрашивается вывод о том, что это результаты чисто химических взаимодействий добавленных веществ с какими-то компонентами марсианского грунта, — а не биохимической активности живых организмов.
Кроме того, выделение кислорода из увлажненного грунта наблюдается не только на свету, но и в темновом контроле, а выделение радиоактивного СО происходит не только в случае добавки органических веществ к активному образцу, но и в контрольном варианте со стерилизованным грунтом, где жизнеспособная микрофлора должна погибнуть при нагревании.
Сомнения в биологической природе зафиксированных эффектов газовыделения особенно усиливаются, когда расшифровываются результаты определения органических веществ в грунте Марса при использовании метода пиролиза и газохроматографического анализа продуктов пиролиза. Этот эксперимент показывает, что никаких органических соединений в пробах с поверхности Марса нет, а стало быть, нет и клеток микроорганизмов.
Было обнаружено, что в поверхностном слое марсианского грунта присутствуют пероксидные соединения железа. Именно они окисляли добавленные в грунт радиоактивно меченные органические вещества до углекислоты. Именно из них выделялся кислород при нагревании образцов грунта и при их увлажнении. Остается не совсем ясным, как появились эти пероксидные соединения, хотя большинство исследователей полагает, что они образовались в результате интенсивного космического облучения поверхности Марса, атмосфера которого значительно менее плотная, чем на Земле.
Негативная интерпретация результатов биологических экспериментов с борта «Викингов» привела к приостановке всех программ по поиску жизнеспособных микроорганизмов на Марсе. Большинство экзобиологов переключилось на поиски ископаемых форм. Однако проблема обнаружения жизнеспособных микроорганизмов на Марсе остается чрезвычайно актуальной. «Викинги» были ориентированы на поиск микроорганизмов только в одной марсианской экосистеме, а именно в верхних горизонтах «почв», поскольку в условиях нашей планеты именно там обитает наиболее многочисленное и разнообразное микробное сообщество. Наиболее многочисленное и наиболее разнообразное, но не единственное.
Еще в первой половине XX в. усилиями российских и американских микробиологов было показано, что различные, главным образом анаэробные микроорганизмы населяют подземные воды и осадочные породы нашей планеты вплоть до глубин в несколько километров.
Первые результаты по изучению распространения микроорганизмов в подповерхностных осадочных породах вызывали много вопросов. Материалом являлся керн буровых скважин, и он мог загрязняться микрофлорой буровых растворов. Более тщательно проведенные работы последних двух десятилетий позволили, однако, показать, что в керне специально пробуренных скважин также присутствует жизнеспособная микрофлора, находящаяся в состоянии сверхдлительного анабиоза, продолжительностью как минимум несколько миллионов лет.
Первые надежные данные о сверхдлительном анабиозе микроорганизмов получил сотрудник Института микробиологии С.Абызов. Он в течение 20 лет исследовал ледяные керны на советской антарктической станции «Восток» из скважины, которая бурилась при помощи термобура и без применения растворов. С помощью специального пробоотборника талая вода отбиралась из центральной части ледяного керна. Она использовалась для посева на различные питательные среды и определения количества клеток методом прямого счета.
Проведенные исследования показали, что жизнеспособные клетки микроорганизмов обнаруживают в кернах до глубины более 3 тыс. м от поверхности ледника, а возраст их превышает 400 тыс. лет. Результаты Абызова были подтверждены и двумя группами американских исследователей, которые также обнаружили жизнеспособную микрофлору и микробные биомаркеры в аналогичных образцах.
Количество клеток микроорганизмов в кернах ледяного щита Антарктиды было невелико, поскольку эта микрофлора попадала в Антарктиду путем эолового переноса вместе с частичками пыли Значительно большие количества жизнеспособных клеток обнаружены сотрудниками лаборатории Д.Геличинского, которые в течение длительного времени изучали распространение микроорганизмов в кернах мерзлых грунтов и осадочных пород Восточной Сибири и Антарктиды.
Разнообразные микроорганизмы и водоросли определены в грунтах и породах, возраст которых достигал 3 — 5 млн. лет, причем эти породы постоянно находились в замороженном состоянии, что гарантировало их от загрязнения микрофлорой грунтовых вод.
Последние 10–15 лет в США, России, Швеции и других странах проводились широкомасштабные исследования распространения жизнеспособных микроорганизмов в породах различного геологического возраста Принимались специальные меры для контроля загрязнения бурового керна микрофлорой буровых растворов. Главный вывод этих работ заключался в том, что жизнеспособная микрофлора встречалась по всему разрезу осадочных пород, вплоть до самых древних.
Более того, в пористых и трещиноватых породах, насыщенных пластовыми водами, микроорганизмы не только жизнеспособны, но и геохимически активны. В качестве одного из наиболее хорошо изученных объектов можно указать на девонские (410 — 350 млн. лет) нефтеносные песчаники России, в которых выявлены активные микробиологические процессы, вызываемые анаэробными сульфатредукторами и метаногенами.
В большинстве упомянутых выше исследований изучалось распространение гетеротрофных микроорганизмов, хорошо растущих на лабораторных питательных средах, а основными объектами изучения были керны осадочных пород различного возраста или подземные воды, циркулирующие в них.
Горные породы Марса представлены в основном изверженными, содержание органического вещества в них существенно ниже, чем в осадочных, и, следовательно, условия существования для гетеротрофных бактерий менее благоприятны Для понимания пределов функционирования микроорганизмов в подповерхностных горизонтах Марса необходимо остановиться более детально на работах по микрофлоре изверженных пород.
До недавнего времени о микрофлоре изверженных пород мы судили лишь по анализам микробного населения горячих источников. При этом всегда существовала опасность получить искаженные результаты за счет смешения глубинных нагретых анаэробных растворов с грунтовыми водами, имеющими совершенно иную, в основном аэробную микрофлору. Ситуация существенно изменилась, когда в США, Швеции, Швейцарии и ряде других стран начались работы по созданию подземных хранилищ радиоактивных отходов. Наиболее подходящие вместилища для такого хранения — крупные массивы базальтов Феноскандинавского шита и бассейна р. Колумбия (Колумбия Ривер, США).
Несмотря на то, что содержание органического вещества и в породах, и в воде крайне низкое, П.Педерсон и его сотрудники установили в водоносных горизонтах базальтов Восточной Швеции многочисленную и разнообразную микрофлору. В наиболее глубоких горизонтах заметно преобладали анаэробные микроорганизмы, сульфатредукторы, метаногены и ацетогены. Численность метаногенов, например, достигала 60–80% от общей численности микробов. Обнаружение изотопно легких сульфидов и растворенного в воде метана (до 4 мл/л) позволяет говорить о том, что по крайней мере сульфатредукторы и метаногены активно функционируют в подземной экосистеме блзальтовых пород. Основным донором электронов для автотрофных анаэробных бактерий цикла серы и углерода служит водород, содержание которого составляет в пробах подземной воды 3.8 — 4.6 мл/л.
Похожая ситуация описана Т.Стивенсом и Дж.Мак-Кинли, которые изучали водоносные горизонты базальтовых пород в массиве Колумбиа Риверс. Содержание метана в обследованных водах доходило до 16’ мкМ, а водорода — до 110 мкМ. Численность автотрофных анаэробов, использующих водород в качестве донора электронов (т.е. сульфатредукторов, метаногенов и ацетогенов) превышает численность гетеротрофных представителен этих же групп бактерий. Изотопный анализ подземных вод довольно убедительно доказывает, что по мере потребления углерода бикарбоната в процессе автотрофного метаногенеза происходит существенное обогащение остаточного бикарбоната тяжелым изотопом С.
Таким образом, две независимые группы исследователей, работавшие в двух разных регионах, пришли к одинаковым выводам: в подповерхностных условиях в изверженных породах существуют анаэробные автотрофные сообщества микроорганизмов, активность которых не зависит от фотосинтеза. Основным донором электронов служит водород, который поступает либо из глубинных магматических очагов, либо образуется in situ при взаимодействии базальтов и подземных вод. Здесь наиболее важен процесс автотрофного метаногенеза, который сопровождается накоплением метана и органического вещества (биомассы бактерий), а также существенным обогащением остаточного бикарбоната тяжелым изотопом 14С.
Видимо, существование подобных подповерхностных экосистем в толще изверженных пород Марса вполне вероятно.
Поэтому в сентябре 1988 г. на заседании советско-американской рабочей группы по космической биологии и медицине было предложено начать поиски жизнеспособных микроорганизмов в подповерхностных породах Марса, где есть шансы найти жидкую воду. В первую очередь надо обратить внимание на области с наиболее молодыми проявлениями вулканизма, поскольку именно в этих местах можно рассчитывать на остаточную гидротермальную активность, при которой выделяются необходимые для хемолитоавтотрофных микроорганизмов доноры электронов.
Косвенные доказательства существования подповерхностной микробной активности на Марсе удалось обнаружить при анализе литературы, посвященной детальному изучению так называемых SNC-метеоритов. По мнению большинства специалистов, они представляют собой куски марсианских изверженных порол, выброшенных в космос из ударных кратеров.
Комплексное изучение минералогии и геохимии SNC-Mетеоритов дало новые результаты, очень важные для биогеохимиков, интересующихся проблемой происхождения и эволюции живых систем на Марсе. Геохимики из Открытою университета (Великобритания), обнаружив в одних и тех же пробах органическое вещество и карбонатные минералы, обратили внимание на существенные различия в изотопном составе углерода карбонатов и органического вещества. Карбонатные минералы SNС-метеоритов сильно обогащены изотопом С по сравнению с CO марсианской атмосферы. Средняя величина 5«С составляет +4 1.5V. В то же время органический углерод заметно обогащен изотопом С (5»С колеблется от -20.0 до -33.0). Столь заметная величина фракционирования стабильных изотопов углерода может наблюдаться только в низкотемпературных условиях и только при участии живых организмов.
По данным Дж.Гудинга , карбонаты SNC-метеоритов входят в состав комплекса вторичных минералов, заполняющих трещины и жеоды в основных и ультраосновных породах. Вторичная ассоциация минералов в трещинах метеоритов образовалась из низкотемпера-турных (ниже 100’С) гидротермальных растворов. Такие условия вполне благоприятны для развития термофильных анаэробных микроорганизмов, и можно полагать, что обнаруженные эффекты фракционирования стабильных изотопов углерода — следствие развития хемолитоавтотрофных метаногснов.
Подводя итоги минералогических и геохимических исследований SNC-метеоритов необходимо подчеркнуть основные выводы, очень важные для решения проблемы микробной жизни на Марсе. В отличие от данных миссии «Викинг» при изучении SNC-метеоритов обнаружены:
— ключевые соединения цикла углерода — карбонатные минералы и органическое вещество. Следовательно, цикл углерода на Марсе функционирует;
— дополнительные свидетельства существования на Марсе жидкой воды. Об этом говорит морфология выделения вторичных минералов в трещинах и жеодах тверженных пород. Более того, получены сведения, характеризующие эту воду как низкотемпературный гидротермальный раствор;
— доказательства процесса фракционирования стабильных изотопов углерода: установлен изотопно-тяжелый углерод карбонатов и изотопно-легкий углерод органического вещества в одних и тех же пробах. Существенная разница в значениях С карбонатов и органического вещества свидетельствует о биологическом механизме фракционирования изотопов углерода (например, процессе автотрофного метаногенеза).
Иными словами, результаты миссии «Викинг» похоронили надежды экобиологов найти жизнеспособные клетки микроорганизмов в верхних слоях марсианской почвы. Результаты же изучения SNC-метеоритов возрождают эти надежды и указывают путь поиска, выдвигая на первый план исследование микробной жизни в подповерхностных горизонтах марсианских горных пород.
В связи с переориентацией поиска жизни с поверхности планеты в подповерхностные породы следует ориентироваться на анаэробные хемолитоавтотрофы: метаногены, ацетогены, железо- и сульфатредукторы. Наиболее перспективны области молодого вулканизма, где подповерхностные породы прогреваются глубинным тепловым потоком. Кроме того, в таких местах большая вероятность обнаружить поток восстановленных газов. Последние могут служить донорами электронов для обеспечения жизнедеятельности хемолитоавтотрофных микроорганизмов, продуцирующих органическое вещество биомассы в темновых условиях.
Желательно существенно расширить исследование стабильных изотопов, это касается в первую очередь изучения распространения изотопов углерода, а также кислорода, серы, водорода и азота, так как известно, что при биологических процессах происходит фракционирование стабильных изотопов всех биогенных элементов.
Учитывая тот факт, что все приборы «Викингов» сработали после длительного перелета от Земли до Марса и выдержали режим торможения и посадки, представляется целесообразным использовать тот же набор методов: газообмен, введение меченых соединений углерода (в первую очередь СО2 и ацетата, активно потребляемых многими анаэробными микроорганизмами), пиролиз в комбинации с газохроматографическим анализом продуктов пиролиза.
Однако сама схема постановки экспериментов на посадочном модуле должна существенно отличаться от использованной на «Викингах»: исследования надо проводить в анаэробной обстановке; опыты по фиксации 14СО2 должны выявить наличие анаэробных хемолитоавтотрофов, а не процесс аэробного фотосинтеза; в экспериментах по активизации нативной (естественной) микрофлоры следует применять не органические соединения, как на «Викингах», когда поиск был направлен на обнаружение гетеротрофов, а восстановленные газы — СН4, H2S, СО и Н2, добавление которых может активизировать хемолитоавтотрофные микроорганизмы. В экспериментах по газообмену, проводимых с увлажненными образцами в атмосфере водорода, который потребляется большинством анаэробных хемолитоавтотрофов, нужно искать следы их жизнедеятельности — метан, сероводород и ацетат.
В свете всего сказанного желательно также в состав биологического модуля включить масс-спектрометр высокого разрешения, способный измерять стабильные изотопы газообразных соединений биогенных элементов — как природных, так и получающихся при пиролизе исследуемых проб.
Наконец, есть дополнительное требование и к посадочному модулю будущих экзобиологических экспедиций на Марс. Он должен иметь достаточно мощную буровую установку, чтобы можно было отобрать образцы подповерхностных пород, различающихся по составу, из нескольких районов планеты.
Анализ образцов метеоритного вещества также в последние годы дает для анализа данной темы интересные результаты. Так, анализ так называемых углеродистых метеоритов показал, что их органика необычайно похожа на земную. Совершенствование электронной техники позволило найти окаменевшие остатки микроорганизмов в таких метеоритах как «Мурчисон» (Австралия, 1962) и «Евремовка» (Казахстан, 1962). Однако, как и следовало ожидать, все эти микроорганизмы оказались совершенно не жизнеспособными. Но предположительно существует ряд обстоятельств, при которых микроорганизмы способны выдержать сверхдальние космические перелеты. Находясь в «запечатанном» состоянии в метеорите, бактерии могут противостоять и температурным колебаниям, и ультрафиолетовому излучению, и радиации. Параллельно шли опыты по возврату к жизнедеятельности земных бактерий, которые сходным образом оказались «запечатанными» и герметизованными в земных условиях. Так, например, из брюшка пчелы, запечатанной около 25 миллионов лет назад в куске янтаря, удалось извлечь и оживить (!) древнюю бациллу. В первичных кристаллах соли, возраст которых около 250 млн. лет, были найдены в состоянии анабиоза законсервированные битуминозным веществом жизнеспособные клетки и, что еще важнее — биомаркеры. Это дает основание предположить, что в них могли сохраниться животворящие структуры ДНК и РНК.
В результате анализа льда Антарктиды, взятого на глубине 3600 м, были обнаружены находящиеся в состоянии анабиоза бактерии, дрожжи и грибы. Для того, чтобы избежать возможных упреков в «нечистоте» эксперимента (бактерии могли попасть в образы талой воды уже во время ее анализа, а также — из воздуха, проникающего в трещины льда во время соприкосновения его с поверхностью), микробиологи разработали специальную технологию. С помощью передвижной микробиологической буровой установки из глубокой скважины извлекался тонкий керн. Затем из него выплавлялась сердцевина. При плавлении талая вода керна попадала в стерильные литровые колбы, которые тщательно запаивали.
Талая вода высеивалась затем на питательные среды (МПА, картофельный агар, сусло-агар в чашках Петри), параллельно — она проходила через особые бактериальные фильтры, которые изучались при помощи флуоресцентной и сканирующей электронной микроскопии. Первичную оценку морфологического разнообразия полученных штаммов и проверку чистоты выделенных культур проводили непосредственно путем микроскопирования.
В результате — в пробах льда были обнаружены бактерии, прокариоты-неспорообразующие, актиномециты, скелеты одноклеточных водорослей, и даже пыльцы высших растений, дрожжи и мицелиальные грибы. То есть — было обнаружено, что в толще льда находятся представители различных таксономических групп. Был найден также новый вид антарктического микроорганизма.
Прямое микроскопирование проб из всех обследованных горизонтов ледника выявило высокое содержание микрорганизмов порядка 103 клеток на 1 см3 льда во всех пробах, хотя значительная часть проб из тех же горизонтов при высевах на питательные среды дала отрицательные результаты.
В питательной среде часть микробных клеток начинала расти и делиться. Конечно, наибольшая активность и наибольшее разнообразие микрофлоры были характерны для относительно молодых горизонтов льда. Циркуляция атмосферы над Антрактидой с межширотным обменом воздушных масс допускает занос из умеренных широт микроорганизмов и различных частиц в центральные районы Антарктиды с их последующим включением в фирн и в лед. Однако, используя радиоизотопный метод, ученые становили, что жизнеспособные формы бактерий присутствуют даже в ледовой толще на глубине свыше 3,5 тыс. км, возраст которых достигает 400 тыс. лет. В основном — это спорообразующие бактерии.
В свое время (во второй пол. XX в. ) факт длительного сохранения жизнеспособности микроорганизмов в состоянии анабиоза при низких температурах был уже твердо установлен. Однако продолжительность анабиоза не превышала нескольких десятков лет, то есть сверхдлительный глубокий анабиоз до работы со льдами Антарктиды еще не изучался.
Детальный анализ данных микробиологических и гляциологических исследований при их сопоставлении показал, что наибольшая концентрация пыли, а также микробных клеток обнаруживается в периоды глобального похолодания на Земле. В эти периоды, когда обеспечивалась наибольшая концентрация пылевых частиц и биологических объектов, по данным гляциологов, происходило увеличение аридных территорий, соответствовавших обнажившимся участкам шельфа Мирового Океана, усиление ветровой активности и меридионального перемещения воздушных масс. Эти условия способствовали интенсивному поступлению биологических и минеральных частиц в атмосферу, их дальнейшему переносу и стоку на поверхность ледникового покрова, тем более, что размеры большинства микробных клеток (),4-!,5 мкм) и водорослей (15–30 мкм) примерно соответствуют размерам мелких пылевых частиц. Наблюдаемые картины адгезии бактерий на пылевых частицах также подтверждает предположение о том, что перемещение микрочастиц и биологических объектов в атмосфере определяется в основном одними и теми же факторами.
Установленная корреляция распределения микрочастиц пыли и микроорганизмов по горизонтам в соответствии с климатическими условиями, существовавшими в периоды формирования различных слоев ледника, позволяет смотреть с оптимизмом и на перспективу возможной реконструкции экологических ситуаций, при которых происходило распространение микроорганизмов на Земле в различные периоды ее геологической истории.
В настоящее время буровые работы в Антарктиде были приостановлены на отметке 3623 м. Скважина нависла там над незамерзающим подледниковым озером, возраст которого — около 1 млн. лет. Здесь могут сохраниться реликтовые формы жизни на планете, к работе с которыми современная аппаратура еще просто не готова. В нижних пробах льда, образованного из озерной воды, также были обнаружены микробы — несколько сотен в 1 миллилитре талой воды.
Тот факт, что в состоянии анабиоза внутри толщи льда бактерии могут сохранять жизнеспособность на столь длительный срок, не только расширяет сведения о жизни бактерий, но и позволяет по-новому взглянуть на проблему возникновения жизни на Земле. Иными словами, вновь становится реальным предположение об «импорте» жизни из космоса. Если на поверхности метеорита бактерии гибнут, то лед способен послужить удобным «транспортом» для живых клеток. В состоянии сверхдлительного анабиоза они оказываются защищенными от сухости, радиации и перепадов температур. В таком виде, возможно, например, в ядре кометы, они могут существовать в космическом пространстве много сотен тысяч лет.
Правда, остается не решенным «главный» вопрос: гипотеза транспортировки примитивных форм жизни извне все равно не дает ответа на вопрос о том, как и где жизнь могла возникнуть изначально.

Библиография


Абызов С. С., Кудряшов Б. Б. и др. Разработка технических средств отбора проб льда для микробиологических исследований в Антарктиде//Антарктика. 1977. № 16
Абызов С. С., Бобин Н. Е. и др. Устройство для асептического отбора пробы из образца твердого материала при микробиологических исследованиях: Авторское свидетельство. М., 1978
Абызов С.С, Бобин Н. Е. и др. Микробиологические исследования ледниковой толщи центральной Антарктиды//Изв. АН СССР. Сер. биологическая. 1979. № 6
Абызов С. С., Белякова Л. А. Мицелиальные грибы из толщи ледника центральной Антрактиды//Изв. АН СССР. Сер. биологическая. 1982. № 3
Абызов С. С., Мицкевич И. Н. и др. Микрофлора глубоких горизонтов ледника центральной Антарктиды//Микробиология. Т.67. 1988. № 4
Абызов С. С. Микробиологические исследования в Антарктиде//Антарктика. 1989. № 2
Абызов С. С. Микроорганизмы в леднике центральной Антарктиды//Успехи микробиологии. 1992. Вып. 25
Абызов С. С., Мицкевич И. Н. Микрофлора континентальных и морских льдов Антарктики//Микробиология. 1993. Т. 62. Вып. 6
Абызов С. С., Бобин Н. Е. и др. Явление сверхдлительного анабиоза у микроорганизмов/Ассоциация научных открытий. М., 1996
Иванов М. В. Наземная микробиология и стратегия поисков жизни на Марсе//Природа. 2002. №2
Поглазова М. Н., Мицкевич И. Н. и др. Микробиологическая характеристика верхних горизонтов конжеляционного льда над Антарктическим озером Восток//Микробиология. 2001. №3
Abyzov S. S. Microorganisms in the Antarctic Ise. N.Y., 1993
Ivanov M. V., Belyaev S. S. Microbial Activity in Waterflooded Oil Fields and its Possible Regulation//Proc. Intern. Conf. on Microb. Engancement of Oil Recovery. Washington, 1983
Klein H. P. The Viking Biologocal Investigasion//General Aspects, Scientific Results of the Viking Project. Washington, 1977 Тема № 248(24)

  • ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ РАЗДЕЛА:
  • РЕДАКЦИЯ РЕКОМЕНДУЕТ:
  • ОСТАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ:
    Имя
    Сообщение
    Введите текст с картинки:

Интеллект-видео. 2010.
RSS
X