То землянину смерть

В Калифорнии обнаружили "инопланетные" формы жизни

Инопланетный вид на озеро Моно. Фото с сайта nasa.gov

В начале прошлой недели Американское космическое агентство (NASA) объявило о предстоящей видеоконференции, на которой специалисты должны были рассказать об обнаружении "неземных" форм жизни, обитающих в калифорнийском озере, буквально заполненном мышьяком. Как и следовало ожидать (и как, очевидно, было запланировано NASA), анонс вызвал жуткий переполох в СМИ - причем в основном далеких от науки - и для итогов конференции в газетах и интернет-изданиях было заранее зарезервировано место. Вряд ли репортеры всерьез рассчитывали услышать о первом контакте ученых с "зелеными человечками", но, судя по тому, что такая серьезная организация, как NASA, выступила с настолько интригующим заявлением, сообщить журналистам должны были что-то очень интересное.

Так и оказалось. В четверг, 2 декабря, все, кто интересуются наукой, узнали, что на планете присутствуют организмы, непохожие ни на какие другие известные биологам формы жизни. Обитающие в озере Моно бактерии используют в своем обмене веществ мышьяк - страшный яд, даже от небольших доз которого человек умирает крайне мучительной смертью (достаточно вспомнить описание смерти Эммы в "Госпоже Бовари" Флобера).

Но жестокие законы дарвиновской межвидовой конкуренции заставляют живых существ приспосабливаться даже к самым неподходящим условиям. Найденным в озере Моно микроорганизмам, названным учеными GFAJ-1, например, пришлось осваивать жизнь в присутствии мышьяка, концентрация которого в 700 раз превышала предельно допустимую (по нормам США). Мышьяк попал в озеро не в результате загрязнения от какого-нибудь завода - ядовитый элемент накапливался в воде тысячелетиями.

Озеро Моно питается от ледников гор Сьерра-Невада, содержащих довольно значительные количества мышьяка. Высокогорное озеро не имеет стока, поэтому As (так сокращается название мышьяка в периодической системе элементов; сокращение происходит от латинского названия элемента - arsenicum) с вершин остается в нем.

Вольфе-Симон отбирает пробы возле озера Моно. Фото с сайта nasa.gov
Вольфе-Симон отбирает пробы возле озера Моно. Фото с сайта nasa.gov

Авторы новой работы под руководством Фелисы Вольфе-Симон (Felisa Wolfe-Simon) отобрали образцы придонных отложений из озера и в лаборатории выделили из них бактерии (ученые уже знали, что в ядовитом озере кто-то живет). Исследователи "подкармливали" микроорганизмы необходимыми микроэлементами и постепенно повышали концентрацию мышьяка в среде. В итоге Вольфе-Симон и коллеги показали, что GFAJ-1 способны существовать на мышьяке при практически полном отсутствии в среде фосфатов (хотя при их наличии бактерии чувствовали себя лучше). Из следующих нескольких абзацев читателю станет ясно, какая связь между двумя этими веществами.

О вреде идеализма

Дело в том, что бактерии из озера Моно не просто нейтрализуют ядовитый мышьяк - они используют его в качестве одного из основных "кирпичиков" для построения своих клеток. Приспосабливаясь к существованию в мышьяковой среде, бактерии научились встраивать As в свою ДНК, а также в молекулы, при помощи которых живые существа запасают энергию.

В длинных цепях дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК) закодирована вся генетическая информация об организмах, так что их по праву можно назвать главными молекулами клетки. Молекулы ДНК представляют собой полимеры, состоящие из отдельных блоков четырех различных типов. Каждый блок (их называют нуклеотидами), в свою очередь, состоит из трех составных частей: азотистого основания (сложное циклическое соединение), сахара дезоксирибозы и остатка фосфорной кислоты. Нуклеотиды соединяются друг с другом через сахар и фосфат, образуя так называемую фосфодиэфирную связь.

Цепи РНК соединяются так же, как ДНК, так что фосфор также важен и для их образования.

Именно ее свойства определяют многие особенности ДНК - если бы она была немного менее прочной, то цепи ДНК просто рассыпались бы, а более прочную связь было бы труднее разрывать специальным ферментам, осуществляющим, например, "ремонт" поврежденных участков ДНК. Не менее важную роль фосфодиэфирная связь играет для хранения энергии в клетках - одним из способов ее запасания является "сохранение" джоулей в форме такой же связи в молекулах аденозинтрифосфата (АТФ). АТФ поставляет энергию для множества биохимических процессов, в частности, для синтеза ДНК. И опять же, именно конкретные свойства фосфата определяют способность АТФ работать универсальной "батарейкой".

Чрезвычайно точная "подгонка" фосфора под нужды клетки обеспечивает очень эффективную работу клеточных механизмов, но такой идеализм (как и любой другой) является узким местом системы. Небольшое отклонение в свойствах ключевого элемента приведет к разрушению всего механизма целиком. Фосфор - не единственный излишне идеализированный элемент в земных системах: другим типичным примером является углерод. Из-за такой узкой специализации элементов у ученых сложилось мнение, что жизнь может быть только углеродной (существование других форм жизни однозначно не отвергается, однако считается маловероятным), поэтому обнаружение "мышьяковых" бактерий можно без преувеличения назвать сенсацией.

Бактерии GFAJ-1 после выращивания в среде, содержащей высокие концентрации мышьяка. Фото с сайта nasa.gov
Бактерии GFAJ-1 после выращивания в среде, содержащей высокие концентрации мышьяка. Фото с сайта nasa.gov

GFAJ-1 используют мышьяк вместо фосфора – то есть в состав ДНК, РНК и АТФ входят остатки не фосфорной, а мышьяковой кислоты (в периодической системе элементов мышьяк находится прямо под фосфором, и, соответственно, образует химические соединения той же структуры). Пока ученые не могут объяснить, как именно калифорнийским бактериям это удается - остатки мышьяковой кислоты, например, несколько менее устойчивы в воде по сравнению с фосфатами.

Столь принципиальное отличие в биологии существ из озера Моно могло бы служить очень сильным доводом в пользу того, что общий предок всех живущих на Земле организмов не похож на то существо, которое ученые представляли себе до сих пор. Сейчас специалисты полагают, что химическое строение ДНК и РНК у пионеров жизни было таким же, как у современных организмов. Из новых данных можно было бы заключить, что в состав нуклеиновых кислот не обязательно входил именно фосфор.

Однако пока ученые не торопятся провозгласить этот вывод. Найденные в озере Моно бактерии подозрительно напоминают микроорганизмы семейства Halomonadaceae из группы гамма-протеобактерий (к этой же группе принадлежит, например, знаменитая кишечная палочка Escherichia coli). То есть, не исключено, что GFAJ-1 не произошли от неизвестного ученым гипотетического общего предка, а вторично развили способность использовать мышьяк вместо фосфора, пытаясь освоить незанятую экологическую нишу. Дать более точный ответ ученые, возможно, смогут по итогам более тщательного изучения калифорнийских микроорганизмов.

Но даже если привлекательная, но пока сомнительная гипотеза не подтвердится, открытие "мышьяковых" бактерий останется не менее значимым. Оно означает, что жизнь возможна не только в привычной земным ученым форме, когда ключевыми элементами являются углерод, кислород, водород, азот и фосфор. А это соображение, в свою очередь, подразумевает, что в список потенциально обитаемых планет можно включить не только "двойников" Земли, но и совсем непривлекательные для землян миры.

Обсудить
Наука и техника
 — 
00:02 24 апреля 2017
Северная полярная область Меркурия характеризуется резкими перепадами температур (50-400 кельвинов) и наличием в кратерах водяного льда

Осталось недолго

Как умирает ближайшая к Солнцу планета
Наука и техника
 — 
00:00 25 апреля 2017

Подрыв устоев

Достигнут прогресс в создании эффективных литиевых аккумуляторов
Ни один еврей не пострадал
Исследователи зафиксировали падение уровня антисемитизма
Эрдоган, Аллах и Россия
Стоит ли бояться исламизации Турции
Как живется Микки-Маусу в КНДР
Что представляет собой поп-культура Северной Кореи
French Foreign Legionnaires carry the coffin of French politician Yves Guena during an official funeral ceremony at the Hotel des Invalides in Paris, France, March 8, 2016 REUTERS/Charles Platiau TPX IMAGES OF THE DAYУтрата масштаба
Франция рискует стать малой европейской страной
«В отношениях с Китаем и Россией Трамп готов рискнуть»
Политолог из КНР о ситуации внутри страны и взаимодействии с соседями
Waaagh!
Реки крови и бесконечная война: рецензия на Warhammer 40,000: Dawn of War III
Северная полярная область Меркурия характеризуется резкими перепадами температур (50-400 кельвинов) и наличием в кратерах водяного льдаОсталось недолго
Как умирает ближайшая к Солнцу планета
Красный лев Троцкий на могиле контрреволюции, из серии карикатур Виктора Дени. РСФСР, 1922 год«Он воспламенял народные массы»
Как Лев Троцкий обеспечил победу большевиков в 1917 году
Стань травкой
Как жуткие подземные существа превращаются в растения
Мама — марихуана
Зачем американки совмещают употребление наркотиков с воспитанием детей
CULVER CITY, CA - NOVEMBER 12: Founder, Snapchat Evan Spiegel (L) and model Miranda Kerr attend the Fifth Annual Baby2Baby Gala, Presented By John Paul Mitchell Systems at 3LABS on November 12, 2016 in Culver City, California. (Photo by Tommaso Boddi/Getty Images for Baby2Baby)Триумф ботана
Самый престижный жених современности — IT-магнат
«Американцы — радостный народ»
Рассказ москвича, переехавшего в Сан-Франциско
People dance on the opening day of the Coachella Valley Music and Arts Festival in Indio, California, U.S. April 14, 2017. Беззаботно раздеты
Как проходит Коачелла — один из самых модных фестивалей в мире
Чудеса селекции
Что получится, если скрестить квартиру с дачей: опыт россиян
Шведы поневоле
Исповедь россиянина, живущего в групповой семье
Добро пожаловать в рай
Жилье в Крыму: новую квартиру на полуострове можно купить за миллион рублей
Сносное настроение
Демонтаж жилых домов в Москве: что нужно знать
Вышка светит
Как выглядит частный особняк, побивший мировой рекорд этажности