Древние микробы и микроорганизмы


В черных сланцах Западной Австралии возрастом 3,5 миллиарда лет сохранились остатки самых древних организмов, когда-либо обнаруженных на Земле. Видимые лишь под микроскопом шарики и волоконца принадлежат прокариотам – микробам, в клетке которых еще нет ядра и спираль ДНК уложена прямо в цитоплазме. Древнейшие окаменолости обнаружил в 1993 году американский палеобиолог Уильям Шопф. Вулканические и осадочные породы комплекса Пилбара, что к западу от Большой песчаной пустыни в Австралии – одни из самых старых пород на Земле. По счастливой случайности эти образования не столь сильно изменились под действием мощных геологических процессов и сохранили в прослоях остатки ранних существ.

Убедиться в том, что крохотные шарики и волоконца в прошлом были живыми организмами, оказалось трудно. Ряд мелких бусинок в горной породе может быть чем угодно: минералами, небиологической органикой, обманом зрения. Всего Шопф насчитал 11 видов окаменелостей, относящихся к прокариотам. Из них 6, по мнению ученого, – это цианобактерии, или синезеленые водоросли. Подобные виды до сих пор существуют на Земле в пресных водоемах и океанах, в горячих ключах и близ вулканов. Шопф насчитал шесть признаков, по которым подозрительные объекты в черных сланцах следует считать живыми.

В 2011 году в Канаде обнаружены окаменелые микроорганизмы, защищенные твердыми пластинами. Находка может оказаться древнейшим примером биоминерализации (образования неорганических твердых веществ в живых организмах): ее возраст оценивается в 717–812 млн лет.

Сегодня многие живые существа развили способность образовывать минеральные вещества для формирования костей, зубов, панцирей и других частей организмов. Но в неопротерозойскую эру, к которой относятся эти одноклеточные, процесс только начинался.

Одноклеточные процветали на планете до периода криогения (850—630 млн лет назад), когда Землю покрыли ледники, достигавшие, вероятно, экватора. Один из авторов находки, постдок в МТИ Фиби Коэн (Phoebe Cohen) рассказал, что найденные микроорганизмы, скорее всего, замерзли при глобальном похолодании, но как ископаемые они сохранили много информации о разнообразии жизни в неопротерозое.

Коэн и его коллега из Гарвардского университета Фрэнсис Макдональд (Francis Macdonald) обнаружили одноклеточных во время экспедиции по Юкону, когда изучили отбитый геологическим молотком кусок карбоната. Их заинтересовало наличие твердых пластин у микроорганизмов.

Ученые растворили образцы породы в слабой кислоте и рассмотрели остаток под сканирующим электронным микроскопом. На изображениях ясно видны пластины диаметром около 20 мкм, имеющие похожую на соты структуру, с торчащими по периметру шипами.

Пока не установлено точно, предком какого из современных организмов могли быть окаменелости. При ближайшем рассмотрении Коэн нашел сходство с образованиями кокколитофоров – сферических одноклеточных водорослей, живущих во всех океанах. Они образуют минерализованные пластины в вакуолях, а затем эти пластины выходят на поверхность, образуя твердое покрытие.

Зачем микроскопическим существам тратить энергию и биомассу на создание минеральных "доспехов", еще предстоит выяснить. По одной из гипотез, шипы и пластины помогали им удержаться на плаву в верхних слоях океана, куда может проникать свет.

Согласно другой гипотезе, жесткие пластинки делали микроорганизмы менее привлекательными для хищников. Но для ее доказательства не хватает свидетельств существования сложных пищевых цепочек и активных хищников в этот ранний период Земли.

В 2012 году Американские исследователи обнаружили жизнеспособное сообщество бактерий в антарктическом озере Вида, которое находится в долинах Мак-Мердо. Бактерии способны выдерживать температуру до -13,5°C и выживать в воде, которая в шесть раз солонее морской.

Профессор Кристиан Фритсен и его коллега Элисон Мюррей из Исследовательского института в Неваде (DRI) опубликовали в научном журнале PNAS результаты исследования проб воды из антарктического озера Вида. Оно находится под 20-метровым слоем льда и считается одним из самых изолированных озер в Антарктиде.

«Это исследование открывает окно в одну из самых уникальных экосистем на Земле, — отмечает Элисон Мюррей. — До этого момента практически ничего не было известно о геохимических и микробиологических процессах в неосвещенной ледяной среде. Наше исследование поможет получить представление о типах жизни, которые способны существовать в таких сложных условиях при экстремальных температурах».

Несмотря на химический состав воды, которая в больших количествах содержит водород, аммиак и нитраты, она таит в себе достаточно разнообразный состав бактерий, которые выживают без солнца. Бактерии были изолированы в озере на протяжении трех тысяч лет.

Геохимические анализы показали, что химические реакции между очень соленой водой и богатыми железом отложениями могут генерировать закись азота и молекулярный водород. Последний, в частности, может обеспечить энергию, необходимую для поддержания жизни разнообразных микробов. Другими словами, поддержание жизни осуществляется за счет химической реакции между бескислородной соленой водой и скалами.

«Если наши выводы верны, это дает совершенно новую основу для размышлений о том, как может поддерживаться жизнь в экосистемах на Земле и в других ледяных мирах во Вселенной», — отметил ведущий автор исследования Кристиан Фритсен.

Доктор биологических наук Института микробиологии РАН Сабит Абызов поясняет, что цель таких исследований — проверить, как долго могут находиться микроорганизмы в состоянии анабиоза в толще ледника для дальнейших поисков жизни в марсианских полярных шапках.

«Сначала микроорганизмы заносятся на поверхность Антарктиды, потом они замуровываются в толщу ледника и могут находиться там десятки тысяч лет. В озере Восток, которое мы изучали совместно со специалистами из Арктического и антарктического научно-исследовательского института (Санкт-Петербург), были найдены лишь те микроорганизмы, которые существуют и сегодня, но в Антарктиде много разных озер», — добавил г-н Абызов.

Интересно, что выживаемость бактерий в озере Вида под 20-метровым слоем льда при -13,5°C биологов не удивила. «Были проведены исследования, которые доказали, что микробы могут выживать при температуре до -25°C, правда, при этом все процессы в такой среде происходят очень медленно», — рассказала замдиректора Института микробиологии РАН, доктор биологических наук Елизавета Бонч-Осмоловская. При подготовке материала использовался материал СМИ Cnews и RBCdialy



Реклама