Еле-еле

Ученые нашли самых медленных существ на Земле

В биологии нет четкого определения жизни, вместо него ученые выделяют ряд критериев, которым должен соответствовать объект для того, чтобы считаться живым. Один из этих критериев - наличие обмена веществ, или метаболизма, определенных химических реакций, протекающих как внутри организма, так и между организмом и внешней средой. Именно благодаря метаболизму живые существа получают извне или синтезируют сами вещества, необходимые для поддержания всех остальных функций, а также избавляются от ненужных или опасных соединений. Если обмен веществ падает ниже определенных значений, организм неизбежно умирает. Но совсем недавно ученые обнаружили на дне Тихого океана существ, метаболизм которых настолько низок, что живыми в привычном понимании этого слова их можно назвать лишь с очень большой натяжкой.

Группа исследователей под руководством Ханса Роя (Hans Roy) из Орхусского университета в Дании занимается бактериями - одноклеточными существами, ДНК которых не заключена в четкие пределы ядра, как, например, у людей, а свободно располагается в цитоплазме. По численности и суммарной биомассе бактерии оставляют далеко позади все остальные живые существа на планете (включая слонов, китов и вымерших гигантских динозавров). В земных океанах, например, около 90 процентов всей биомассы составляют именно бактерии, размер каждой из которых редко превышает 5 микрометров (микрометр – одна миллионная часть метра).

Для "обычных" бактерий характерен очень высокий уровень метаболизма: в среднем, их клетки дорастают до "взрослого" состояния и удваиваются каждые несколько часов или даже быстрее. Авторам нового исследования, опубликованного в престижном научном журнале Science, удалось обнаружить бактерий, недавние деления которых приходились еще на те времена, когда по Земле бродили динозавры. При этом обнаруженные микроорганизмы не пребывают в форме цист - условного аналога длительной "спячки" у животных: они продолжают существовать в нормальном режиме, хотя и в миллионы раз замедленном по сравнению с другими своими сородичами.

Рой и его коллеги искали бактерий, обитающих в донных отложениях в районе Северо-Тихоокеанского течения - одного из пяти крупнейших океанических течений, расположенного в северной части Тихого океана. Из-за особенностей движения воды в огромную акваторию - ее площадь составляет около 20 миллионов квадратных километров - попадает очень мало "свежих" питательных веществ, поэтому плотность живых организмов в регионе крайне низка. Толщина донных отложений также растет чрезвычайно медленно: за тысячу лет ее прирост составляет всего один миллиметр. Таким образом, подняв фрагменты дна даже с относительно небольшой глубины, можно изучать отложения, сформировавшиеся миллионы лет назад.

При помощи специального пробоотборника, представляющего собой металлическую трубу с помповым механизмом, ученые получили "колбаску" грунтовой породы длиной около 30 метров – ее нижняя часть образовалась около 86 миллионов лет назад. Чтобы определить, обитают ли в полученном фрагменте дна микроорганизмы, сразу после поднятия "колбаски" специалисты определили по всей ее длине содержание кислорода. Многие живые микроорганизмы используют этот газ для своих нужд, и, если они есть внутри образца, то распределение O2 в нем будет отличаться от распределения в "пустом" фрагменте. Чаще всего из-за активной жизнедеятельности бактерий последние следы кислорода в донных отложениях (он поступает в ил из океанической воды) исчезают на глубине около 10 сантиметров, однако Рой с коллегами зарегистрировали присутствие газа вплоть до 28 метров, хотя его концентрация была меньше, чем в "пустом" образце.

Исследовав образцы дна под микроскопом, ученые обнаружили в них бактериальные колонии, а также колонии архей - микроскопических одноклеточных организмов, эволюционно одинаково далеко отстоящих как от бактерий, так и от существ, клетки которых имеют ядро. Если бы Рой и коллеги не были уверены, что с поднятым образцом породы что-то не так, они, с высокой вероятностью, пропустили бы удивительные микроорганизмы: в одном кубическом сантиметре отложений, в среднем, находится около тысячи клеток, так что по эффективности их поиск вполне сравним с поиском пресловутой иголки в стогу сена. Обнаруженные микроорганизмы не проявляли практически никаких признаков жизни - например, они не двигались, однако большая часть бактерий усваивала универсальное клеточное "топливо" глюкозу, которую ученые добавили в среду, чтобы убедиться, что обнаруженные ими существа живы.

Малочисленность и неподвижность странных бактерий объясняется почти полным отсутствием питательных веществ: в таких условиях клеткам требуются столетия для того, чтобы накопить достаточно сил и "дорасти" до размножения. По расчетам исследователей, среднее время удвоения обитателей тихоокеанского дна составляет около тысячи лет. Впрочем, очень может быть, что найденные коллективом Роя микробы делятся еще реже: в практически полном пищевом вакууме категорически неразумно плодить конкурентов за питательные вещества, поэтому ученые не исключают, что бактерии тратят всю получаемую энергию на ремонт собственных клеток.

Детальные измерения количества потребляемого удивительными бактериями кислорода показали, что за десять лет микроорганизмы, обитающие в одном кубическом метре отложений, используют столько же кислорода, сколько требуется человеку для одного вздоха. По мнению Роя, найденные им существа достигли минимального возможного уровня метаболизма – по крайней мере, ни одно другое известное ученым существо даже близко не подошло к достижениям тихоокеанских бактерий. Ученые отмечают, что жизнь на планетах с не таким благоприятным климатом, как на Земле, - если предположить, что она там есть - вполне может принимать форму подобных медленных бактерий. И если это действительно так, то обнаружить ее будет вдвойне непросто.