Где я? ZANOZA.LVдаугавпилсская жизньgordon → Формы жизни бактерий

Сначала нужно залогиниться или зарегистрироваться.

gordon: Формы жизни бактерий

12.11.2003 12:37, 99 месяцев назад

Участники:

  • Саббит Салахутдинович Абызов– доктор биологических наук
  • Михаил Владимирович Иванов– академик РАН

Михаил Иванов: И первые организмы, скорее всего, все-таки поступили живьем на Землю.Александр Гордон: В собранном виде. Вы придерживаетесь этой же точки зрения?Саббит Абызов: Да. Я думаю, что если жизнь привнесена из космического пространства на Землю, то она привнесена, очевидно, в ледниковых образованиях, которых очень много встречается в космическом пространстве. И внутри, скажем просто, куска льда – идеальные условия для сохранения жизнеспособности микроорганизмов.А. Г. То есть, любая комета, состоящая из...С. А. Есть такая точка зрения, что в ядрах комет возможны какие-то формы жизни. Это современная гипотеза, конечно. И это может быть одним из источников появления жизни на Земле. Когда-то в очень отдаленные времена, миллиарды лет тому назад.А. Г. Но это все 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 живем.М. И. Совершенно верно. Но развивать эту гипотезу надо. Одно время ведь от нее полностью пытались отказаться. Почему пытались отказаться? Потому что в метеоритах, которые исследовались на Земле, сначала обнаруживали жизнеспособные клетки микроорганизмов, но потом, когда методы исследований жизнеспособных клеток в метеоритах были улучшены, оказалось, что все это загрязнение метеоритов земной микрофлорой.

Это очень интересно, Саббит Салахутдинович как раз был одним из тех исследователей, который еще задолго до антарктических исследований провел очень тщательное исследование большого числа метеоритов, поступивших на Землю. И показал, что в них жизнеспособных организмов нет. И это в какой-то степени лило воду на гипотезу о происхождении жизни на Земле, отвергая возможность переноса живых клеток.

А в последнее время появились новые данные, которые показывают, что не жизнеспособные, а отмершие клетки микроорганизмов, фассилизированные клетки микроорганизмов в космических телах распространены очень широко. И вот тут некоторые снимки будут эту точку зрения иллюстрировать.

Живых микроорганизмов пока в метеоритах не найдено, но эти работы продолжаются, и вы правы, что вне Земли отнесен этот первый этап, но, я еще раз повторяю, что по данным биохимиков и молекулярных биологов три миллиарда -слишком короткое время, чтобы от неживой материи перейти к высокоорганизованной живой материи, к тем организмам, которые сейчас населяют Землю. А если хотя бы первичные формы жизни, прежде всего, бактериальные или бактереоподобные организмы, на Землю попали, то уже какой-то этап, очень важный и очень длительный этап структурированной жизни в виде этих клеток, уже пройден где-то вне Земли, и тогда вроде трех миллиардов лет хватает на эволюцию до нас с вами.А. Г. Но для того, чтобы бактерии или другие простейшие могли пережить такое космическое путешествие (и мы могли искать не только их следы, но жизнеспособные организмы в метеоритах и других образованиях), нужно было сделать то открытие, которое вы сделали – для того, чтобы доказать, что это возможно. Жизнеспособность микроорганизмов после сверхдлительного анабиоза. Вы можете рассказать, как это было сделано?С. А. Вообще, спор о длительности анабиоза микроорганизмов продолжался многие десятки лет. И не было ни одного экспериментального доказательства существования такого сверхдлительного анабиоза микроорганизмов. Были находки в древнейших отложениях, в кладках египетских пирамид, в вечной мерзлоте, но каждый раз эти находки отвергались, как загрязнение окружающей микрофлорой...М. И. Современной микрофлорой.С. А. Современной микрофлорой, потому что мы находимся в окружении микроорганизмов. И нужно было разработать такую методику проверки этой гипотезы, чтобы полностью исключить сомнения в том, что найденные в данном объекте микроорганизмы находятся действительно внутри этого объекта.М. И. Мало было разработать методику, надо было найти естественную экосистему найденной клетки, возраст которой составлял бы, как минимум, сотни тысяч лет. Такой экосистемой и явились антарктические ледники.С. А. Да, такой экосистемой как раз и явились антарктические льды, почему мы и обратили внимание на, как общепринято говорить, вечные ледники Антарктиды. Было известно давно, что биологические объекты внутри ледниковых образований прекрасно сохраняются очень длительные сроки. И можно было предположить, что если микроорганизмы попадают в этот объект, то, по-видимому, при отрицательных температурах они также могут очень длительное время сохраниться. Поэтому нужно было разработать такую методику, чтобы действительно показать, что микроорганизмы 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 метров, по данным гляциологов.М. И. И возраст нижних горизонтов где-то больше 400 тысяч лет, насколько я помню.С. А. У ледникового ложа он по некоторым данным оценивается в 500 тысяч лет. А новейшие данные научных сотрудников института Арктики и Антарктики даже говорят о миллионе лет.А. Г. По крайней мере, возраст того озера, которое находится под этой станцией, люди, которые занимались бурением и были у нас здесь, в этой студии, оценивают в миллион лет.С. А. Да. И речь идет о тех слоях, которые находятся непосредственно над этим знаменитым озером Восток. Но, как известно, эти буровые работы сейчас приостановлены. Я об этом не буду рассказывать, потому что предыдущие наши коллеги уже рассказывали об этом.А. Г. И о причинах тоже.С. А. Да, это очень интересная часть работы.

Но что касается наших исследований, первые пробы 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 все-таки они там были. У нас возникли сомнения. Может быть, это загрязнение, несмотря на то, что мы все тщательно продумывали? Здесь я не буду рассказывать подробно эту методику.М. И. Это специальный, конечно, вопрос.А. Г. Все-таки расскажите в двух словах о методике, чтобы мы представляли себе, о чем идет речь.С. А. Методика заключается вот в чем. Бурение проводил институт, который тогда назывался Ленинградский горный институт. Там очень хорошие специалисты-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, чтобы микроорганизмы, случайно попавшие на поверхность 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. Откалывали торец керна таким образом, чтобы не происходило никакого прикосновения к центральной части керна. Поэтому мы придумали такое кольцевое скалывающее устройство. При незначительном сжатии этого кольцевого устройства торец керна откалывался, и получалась девственно чистая поверхность. Мы эту поверхность опускали на ледотаялку с воронкообразной поверхностью.А. Г. Которая была стерильной, разумеется.С. А. Да, стерильной, и затем через специальную приемную трубку проба попадала в стерильную колбу с перетянутым горлышком, в которой уже находилась питательная среда.М. И. То есть, из центральной части керна получалась талая вода, которая не соприкасалась ни с краями керна, ни с чем. Только с этой стерильной поверхностью. И эта талая вода и служила уже для изучения количества микроорганизмов, ледового их состава и так далее.С. А. Горлышко колбы мы немедленно запаивали, не разъединяя. Таким образом, получалась такая огромная ампула, так что мы были абсолютно уверены, что ничего в эту колбу, кроме как из центральной части керна, не попало. Вот, в общем, очень коротко, в чем суть этой методики.М. И. Надо сказать, что лед в этом отношении идеальный объект, потому что он монолитный. Если в этом керне есть трещины или какие-то изъяны, этот кусок просто бракуется. А если это монолитный столбик льда, то этот столбик как раз и используется для исследований.А. Г. Это гарантия того, что в него не попали посторонние...М. И. Вы ж понимаете, много ведь изучалось микрофлоры 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. Лед в этом отношении практически идеален.А. Г. И что вам удалось обнаружить при первой же пробе?С. А. Уже при первой экспедиции мы пробурили 105 метров, обнаружили различные формы микроорганизмов – бактерии, грибы, дрожжи, актиномицеты.А. Г. Которые находились в состоянии анабиоза?С. А. Да. И после рассева в строго стерильных условиях из этой колбы мы получали незначительное количество представителей названных групп.М. И. То есть культуры этих групп.А. Г. Они начинала делиться, то есть они были жизнеспособны?С. А. И вот на первой схеме у нас показано распределение 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 спорообразующих бактерий по отношению к неспорообразующим. И в то же время общая картина идет к тому, что количество обнаруживаемых этим методом микроорганизмов постепенно падает. И уже на глубине, я уже не буду подробно рассказывать, примерно две с половиной тысячи метров уже процент колб, давших рост микроорганизмов, составляет только около трех процентов.А. Г. А какой вывод вы делаете: что количество микроорганизмов вообще уменьшается или уменьшается количество жизнеспособных?С. А. Количество жизнеспособных микроорганизмов уменьшается. Я назвал бы эту часть нашей работы первым этапом исследователей.А. Г. То есть вы нашли предел анабиоза?М. И. Нет, до предела не дошли...С. А. Так была экспериментально проверена возможность длительного анабиоза микроорганизмов, исчисляемого десятками и сотнями тысяч лет.М. И. Самые нижние образцы какой возраст имеют?С. А. Самые нижние образцы имеют возраст 400 тысяч лет – по нашим данным. Но уже после наших работ (это уже общеизвестные работы) другие исследователи из Московского университета и из Пущино, которые проводили активные работы с вечной мерзлотой, нашли в слоях вечной мерзлоты образцы, которые имеют возраст пять миллионов лет, семь миллионов лет. Им уже теперь стало легче, потому что действительно экспериментально было показано существование сверхдлительного анабиоза. Теперь уже с этим никто не спорит.А. Г. И на этих горизонтах в семь миллионов лет они находят жизнеспособные организмы, да?С. А. Да, да.М. И. Причем, интересно, что в работах с вечномерзлыми грунтами, с вечномерзлыми породами находят даже большее количество жизнеспособных клеток. Потому что в антарктический ледник микрофлора попадает через атмосферу вместе с пылевыми частицами, Саббит Салахутдинович нам об этом еще два слова скажет.С. А. Да, обязательно скажу.М. И. Поэтому в леднике их относительно небольшое количество. Понимаете, ледник не является сферой активной жизни микроорганизмов. А вот мерзлые породы и мерзлые почвы до того, как они стали мерзлыми, они являлись активной системой.А. Г. Органикой.М. И. Да. Поэтому там исходное количество микроорганизмов было на порядки больше, чем исходное количество тех микроорганизмов, которые поступили с пылью в Антарктиду. И, естественно, при том же проценте там гораздо большее количество микроорганизмов обнаруживается в этих мерзлых породах, чем во льдах, и гораздо больше разнообразие микроорганизмов. Но, так сказать, система остается прежней. Вот уже образцы мерзлоты с пятимиллионным возрастом содержат жизнеспособную микрофлору в достаточно большом разнообразии и в большом количестве.С. А. Возвращаясь к нашим исследованиям, на этой схеме очень хорошо представлена эта картина. Нам интересно посмотреть вот что: ну, хорошо, микроорганизмы на наших питательных средах не растут. Это не значит, что их там нет. Во-первых, мы можем не угадать, какая требуется среда для тех микроорганизмов, которые мы можем обнаружить.А. Г. А вы какие среды использовали?С. А. У нас среда была очень простая. Это был картофельный отвар, обогащенный дрожжевым автолизатом. Оказалось, что, в общем-то, очень широкий круг микроорганизмов растет на этой среде.

Теперь о следующем, втором этапе наших исследований – когда мы изучали пробы на мембранных фильтрах. При подсчете под микроскопом там мы обнаруживали очень большое количество микроорганизмов – 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 находятся эти микроорганизмы? И среди них оказались жизнеспособные. Это было показано радиоизотопным методом, который проводила в нашем институте старший научный сотрудник Ирина Николаевна Мицкевич. Она подсчитывала этим радиоизотопным методом возможность усвоения меченого углерода.

Затем применялся очень интересный метод окрашивания флуорескамином этих проб на фильтрах, который проводила Маргарита Николаевна Поглазова. Эти результаты нам позволили прийти к очень интересному выводу, что распределение микроорганизмов в толще антарктического ледника имеет какой-то скачкообразный характер. Вот на следующей схеме эта очень интересная работа показана, это можно даже назвать вторым открытием, я бы так назвал его.

Потому что, когда на нашей планете происходит резкое понижение температуры, наступает ледниковый период, усиливается атмосферная циркуляция, обнажается шельф морей и океанов. И этими мощными потоками воздуха огромное количество микроорганизмов и пыли несется во всех направлениях по нашей планете. И, в том числе, на поверхность ледников. И, оседая на поверхность ледников, они уходят, как говорится, в вечность. И вот эту картину мы обнаружили в толще ледника Антарктиды. Когда сопоставили количество микроорганизмов – вот на этой схеме очень хорошо видно. Внизу черные графики – это пыль.М. И. Частички, пылевые частицы.С. А. Эту часть исследований проводили наши французские коллеги. А вот выше точками изображено количество микроорганизмов, присутствующих в этих слоях. Очень интересное совпадение. То есть, много микроорганизмов и, соответственно, много и пыли.А. Г. И тем ниже температура.С. А. И если сопоставить это с верхним графиком, где температура, очень хорошо видно: низкие температуры, значит, выше количество как микроорганизмов, так и пылевых частиц. Значит, климатическое состояние планеты влияет на содержание микроорганизмов в толще вечных ледников. И не только микроорганизмов, но и пылевых частиц. Этот очень интересный факт тоже был установлен нашими исследователями.М. И. Я хочу только добавить, что, конечно, когда начали применять мембранные фильтры для учета общей численности микроорганизмов, оказалось, что не все клетки жизнеспособны. Это видно при применении этих специфических цитологических окрашиваний. Количество значительно большее, чем то, что учитывается на питательных средах, значительно больший процент жизнеспособных клеток, но все-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 идет особенно активный атмосферный перенос из тропических регионов по верхним горизонтам атмосферы, где жесткая ультрафиолетовая радиация. Вообще, конечно, условия жизни микроорганизмов в атмосфере это не их среда обитания. Кто-то там выживает, кто-то там сохраняется, но многие клетки гибнут. И вот эти и живые и погибшие клетки обнаруживаются, когда начинают использовать не только метод питательных сред, но и метод их мембранных фильтров, на которых видны все клетки.А. Г. 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 понижении температуры жидкость, которой заполнена клетка, преобразуется в кристалл льда, и она разрывает мембрану и все остальное. Почему это не происходит у одноклеточных? Что это за механизм анабиоза у них?М. И. Я, например, затрудняюсь на это ответить. Я думаю, что здесь играют свою роль ультрамикроскопические размеры.А. Г. То есть, возможность полного высыхания.М. И. Да, да. Скорее всего, так. Лиофилизация предшествует образованию вот этих ледяных кристаллов.А. Г. Понятно.С. А. И, возвращаясь к нашим исследованиям, я расскажу о третьем этапе наших микробиологических исследований толщи ледника. Третьим этапом я считаю этап, когда мы приблизились к ледниковому ложу. Здесь совершенно иная уже обстановка. В предыдущей вашей передаче наши ведущие гляциологи уже говорили, что в нижних горизонтах ледника Антарктиды совершенно иная гляциологическая обстановка.

Микробиологические исследования то же самое показывают – здесь уже совершенно иная обстановка, потому что у ледникового ложа температура, примерно, 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 еще вот в чем специфика ситуации – происходит замерзание 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 всем этом разобраться, когда мы достигнем самых нижних горизонтов антарктического ледника.А. Г. А средняя температура в толще льда какая?С. А. Она постепенно с поверхности, где, скажем, она минус 57 градусов, постепенно по мере углубления...А. Г. Повышается?С. А. Повышается. В толще ледника, там минус 45, минус 20. То есть, она постепенно...М. И. Становится менее отрицательной.С. А. Да. Но в основной толще ледника очень стабильные условия для анабиоза микроорганизмов. А вот в самых нижних горизонтах ледникового ложа такая ситуация отсутствует. Поэтому нам предстоит много работы, это только-только начало этих исследований, мы об этом сейчас размышляем, думаем, готовимся.М. И. Это надо моделировать.С. А. Да. Это работы ближайшего будущего, я надеюсь.А. Г. Хорошо. Если теория панспермии верна, то жизнь во Вселенной должна распространяться, собственно, 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 существовала. Может быть, на спутнике Юпитера в замороженном виде, может быть, какие-то подземные резервуары на Марсе, если они существуют, но ведь поиски на Марсе так ничего и не дали. Пробы грунта были взяты, но никаких следов.М. И. Вы понимаете, история с Марсом достаточно любопытна. И любопытность ее состоит в том, что Марс и Земля, эти две планеты образовывались примерно 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 себя существование жидкой воды на поверхности Марса. Исследования, которые были проведены и советскими, и американскими спутниками, которые исследовали Марс, однозначно показывают, что на Марсе была 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 дает основание думать, что на той стадии истории Марса, когда на нем существовала жидкая вода, были условия для поддержания жизни. Мы уже сейчас с вами разговариваем с позиций теории панспермии, да? Но, последующая история Марса, более удаленного от Солнца, с другим температурным режимом, привела к тому, что эта жидкая вода исчезла и, вообще говоря, довольно наивно было надеяться на нахождение жизнеспособных 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 дееспособной. Она исходила из земной модели – что максимальная жизнь сосредоточена на поверхности планеты. Это не ошибка авторов биологической программы "Викинга", это просто недостаточность тех знаний о Марсе, которые были к началу экспедиции "Викинга". Понимаете, надеяться, что на поверхности Марса, прожигаемой ультрафиолетом, нагреваемой в марсианский день и остывающей в марсианскую ночь, могут сохраниться жизнеспособные организмы, даже такие устойчивые, как микроорганизмы, на это надеяться сейчас, конечно, не приходится. Особенно, если вы учтете, что ежегодно на Марсе происходят песчаные бури, когда весь поверхностный слой фактически вздымается в атмосферу и прожигается космическим излучением.А. Г. Прожаривается.М. И. Да, прожаривается космическим излучением, различными видами космического излучения. После "Викинга" одно время было такое унылое представление, что вообще на Марсе, наверное, надо ставить крест. Нечего там искать жизнь.

Но потом развитие микробиологии, в частности, геомикробиологии на Земле, показало, что обитаемы (во всяком случае обитаемы микроорганизмами) отнюдь не только поверхности Земли, и сейчас это доказано очень многими исследованиями – обитаема и подповерхностная часть планеты. По крайней мере, до нескольких километров, а вернее сказать, до какого-то температурного барьера.

Одно время считалось, что это температурный барьер порядка ста градусов. Однако, после открытия черных курильщиков, после исследований горячих источников, было показано, что микроорганизмы при определенных условиях, в частности, при повышенном давлении, могут развиваться и при температурах ниже ста градусов. И поэтому сейчас эта граница пребывания жизнеспособных (я не говорю спор или нежизнеспособных клеток, а о границе обитания именно жизнеспособных, активных микроорганизмов) уже опущена ниже ста градусов. Особенно много микроорганизмов обнаруживается в обводненных породах. То есть, там, где есть какое-то движение и возможность притока питательных веществ и оттока метаболитов.

В частности, очень сильно заселенными оказались нефтяные месторождения. Правда, большинство исследователей, я отношусь тоже к их числу, считают, что в нефтяные месторождения микрофлора попадает при разбуривании этих месторождений. Что это не аборигенная микрофлора, во всяком случае, для самых глубоких месторождений.А. Г. Но, тем не менее, чувствуют они себя там хорошо.М. И. Но определенные виды микроорганизмов чувствуют себя там очень прилично. Настолько прилично, что сейчас у нас в институте разработаны методы, которые позволяют регулировать активность этих микроорганизмов в нефтяных залежах. И эти микроорганизмы влияют на повышение нефтеотдачи.А. Г. Увеличивая давление?М. И. Увеличивая давление, продуцируя поверхностноактивные вещества, продуцируя растворители, продуцируя газы. Вот после того, как начались тщательные исследования глубоких горизонтов нашей Земли, возникла идея, что надо посмотреть: а что же делается и под поверхностью Марса, где положительные температуры, где, стало быть, возможно присутствие жидкой воды и где есть необходимые субстраты для развития микроорганизмов.А. Г. О каких глубинах идет речь?М. И. Это, во всяком случае, сотни метров от поверхности Марса. Сотни метров. Трудно сказать точно, это все предполагается по косвенным геофизическим данным.

Там даже есть и субстраты, на которых могут развиваться микроорганизмы, это очень специфическая группа так называемых хемоавтотрофных микроорганизмов, которые не нуждаются в готовом органическом веществе, но могут его, наоборот, продуцировать в виде своей биомассы, используя такие восстановленные соединения, как сероводород, метан, просто газообразный водород.

И появились даже некоторые косвенные доказательства присутствия микроорганизмов именно в этих горизонтах Марса – не поверхностных, а более или менее глубоких.

Доказательства эти идут по двум линиям. Материал, который исследуется для обоснования этой гипотезы, это так называемые марсианские метеориты. Что такое марсианские метеориты? Это куски марсианских пород, выброшенные при ударе больших метеоритов о поверхность Марса.А. Г. Или в результате вулканической деятельности.М. И. Нет, вулканической деятельности здесь не хватает. Здесь нужен очень мощный взрыв, который происходит при столкновении большого метеорита с поверхностью. И при этом выбрасываются более или менее глубокие горизонты этих марсианских пород. И если эти куски имеют начальную скорость больше пяти метров в секунду, то они выходят в космическое пространство и часть из них попадает на Землю.

Так вот в этих космических – так называемых марсианских – метеоритах американские микробиологи, вернее, и микробиологи в том числе, обнаружили форму, морфологически похожую на наземные микроорганизмы, но значительно меньших размеров.А. Г. Чуть ли не в той же Антарктиде.М. И. В той же самой Антарктиде. Антарктида – вообще очень хорошее место для поиска этих самых метеоритов, потому что если вы видите камень на поверхности ледника, и знаете, что под ним два километра льда, то ясно, что этот камень не снизу, а сверху пришел на эту ледниковую поверхность.

Так вот, это одна система доказательств, находка этих бактериоподобных форм в марсианских метеоритах. 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 веским доказательством.

Но есть и доказательства другого порядка. В этих же марсианских метеоритах обнаружены продукты метаболизма, которые по изотопному составу, по составу стабильных изотопов свидетельствуют о том, что это продукты метаболизма микроорганизмов. В двух словах история состоит в том, что только при биологических процессах происходит заметное фракционирование стабильных изотопов. Скажем, изотопа углерода двенадцатого и углерода тринадцатого. И вот такие обогащенные 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 восстановленных соединений, которые как раз и могут служить субстратами для развития этих микроорганизмов. Так что вот один из примеров.

Вы правильно сказали – конечно, не на всех планетах Солнечной системы жизнь могла, даже попав туда, развиться, но на Марсе, видимо, такой этап был. И я, надеюсь, что при последующих исследованиях Марса, а сейчас подповерхностные исследования Марса путем бурения заложены во все программы – и в программы Европейского сообщества...А. Г. Именно на глубины – более ста метров?М. И. 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.А. Г. Тут вот какой вопрос у меня. Если в метеоритах, которые предположительно пришли с Марса, обнаружены некие, может быть, и не формы жизни (что под вопросом), но уж точно остатки жизнедеятельности...М. И. С моей точки зрения, второе доказательство более убедительное.А. Г. То почему в образцах грунта, который привезен с Марса, нет ископаемых остатков?М. И. А вы понимаете, с Марса пока не привезен грунт. Он ведь исследовался "Викингом" на поверхности. Но и там не было обнаружено даже следов органического вещества. И, с моей точки зрения, не могло быть обнаружено.А. Г. По тем причинам, на которые мы указали.М. И. Да, о которых мы с вами говорили. Это прожженные космическим излучением, многократно вознесенные в атмосферу, в верхние горизонты, породы...А. Г. И через это сито даже остатки жизни пройти не могли.М. И. Даже, понимаете, наверняка на Марс (так же как на Землю) падают так называемые хондриты, метеориты, содержащие большое количество органического вещества. Но даже этого органического вещества в этих областях Марса не обнаружено. То есть, никакого органического вещества в образцах Марса обнаружено не было, что говорит о том, что даже если оно там и присутствовало, попадалось с хондритами, то все, конечно, сгорает в тех условиях.А. Г. У меня вопрос по тем образцам простейших, которые 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?С. А. Таких выводов мы пока не можем сделать. Кроме тех микроорганизмов, которые я уже назвал, там мы нашли очень красивые формы одноклеточных водорослей. Вот как раз цветные иллюстрации этих водорослей. Кроме того, пыльца высших растений. Незначительное количество, но она встречается. То есть, она тоже...А. Г. Вы можете определить каких растений?С. А. Мы не полинологи, нам об этом трудно судить. Поэтому нужно решать эту проблему совместно с полинологами, которые изучают пыльцу различных растений. То, что мы их видели в различных горизонтах, исследованных нами, это точно. У нас есть и снимки этих микроорганизмов...М. И. И пыльцы тоже.С. А. И пыльцы тоже. И одноклеточных водорослей. Здесь их цветные иллюстрации то и дело мелькают.А. Г. Покажите нам водоросли, пожалуйста, если это получится.С. А. Очень красивые эти снимки получились.А. Г. Я вот почему задаю этот вопрос. Потому что несколько раз проскакивало в прессе такое опасение (и вот вы сказали, что "Викинг" стерилизовали для того, чтобы он не занес на поверхность Марса земную флору), что в связи с глобальным потеплением, с оттаиванием некоторых слоев вечной мерзлоты, к жизни могут вернуться микроорганизмы, которые находились в анабиозе и которые могут быть небезопасны для флоры и фауны современной планеты.М. И. Такую вероятность исключать нельзя. Эти опасения возникали очень давно, особенно когда находили якобы живые микроорганизмы (потом это оказалось ошибкой) в отложении пермских солей. Тогда, конечно, это звучало не очень убедительно, потому что в пермское время не было еще человека. А если не было человека, то не могло быть и патогенных человеку микроорганизмов. Но вот в более молодых отложениях это, конечно, исключить на сто процентов нельзя – появления каких-то сейчас не существующих, но потенциально опасных микроорганизмов.А. Г. И, следовательно, нельзя исключить еще и возможности попадания сегодня из космоса простейших микроорганизмов тем же самым путем, которым они попали два-три миллиарда лет назад. И их возможный конфликт с флорой и фауной планеты.М. И. Вы имеете в виду естественный процесс?А. Г. Естественный. Ну, скажем, падение ледяной кометы, осколка ледяной кометы, который вызывает катастрофические изменения...М. И. Да, это может быть.А. Г. ...но при этом приносит еще и некоторые формы жизни, о которых мы не знаем.М. И. В связи с развитием космических исследований 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 разработаны. И периодически проходят международные совещания по совершенствованию этой планетной защиты. Так что, во всяком случае, маловероятно, что за счет деятельности человека попадет какая-то опасная микрофлора, потому что предусмотрен большой набор мероприятий на случай приема материала с потенциально необитаемых планет, таких как Марс.А. Г. И еще один вопрос, который касается вашей гипотезы о том, что в ядрах комет могут существовать микроорганизмы в состоянии анабиоза -жизнеспособные микроорганизмы.С. А. Это не моя гипотеза, это общераспространенное предположение.А. Г. Которое ваше открытие косвенным образом подтверждает...С. А. Наше открытие показывает, что в ледниках вполне вероятно, так сказать, прибытие каких-то жизнеспособных микроорганизмов на нашу планету. Я в это верю абсолютно.А. Г. А какого размера должна быть комета или метеорит, составленный из камня и льда, для того чтобы, проходя через плотные слои атмосферы, частично сгорая в атмосфере, все-таки доставить сюда эту капсулу жизни? Есть какие-то размышления по этому поводу?С. А. Трудно сказать...М. И. Это вопрос к астрофизикам...А. Г. Я задам им этот вопрос, когда они здесь будут...М. И. Ведь он не столько сгорать, сколько таять будет. И это будет происходить, наверно, даже быстрее, чем сгорание, хотя трудно сказать точно, теплоемкость 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.С. А. Может быть, и такие случаи бывали когда-то, миллионы лет тому назад, о чем мы здесь и говорим.А. Г. Ну вот тунгусский метеорит тоже считают ледяной кометой или ледяным метеоритом.С. А. Это только одно из предположений насчет тунгусского метеорита, я считаю. Пока ведь не известно, был ли это вообще метеорит. Об этом же, вы знаете, много споров.А. Г. Но случись такое событие сегодня, наверняка, микробиологи были бы на месте происшествия одними из первых, потому что это было бы блестящим поводом доказать или опровергнуть теорию панспермии...М. И. Если бы военные не засекретили это дело. Они любят это. Оказаться первыми и все закрыть.А. Г. Я вот почему задал вопрос о формах микроорганизмов, которые вы находили. Потому что кто-то из биологов в этой студии утверждал, что многие простейшие, то есть, микроорганизмы, просто "отказываются" – почти сознательно – от эволюции. То есть, грубо говоря, те формы простейших, которые существовали на Земле миллиарды лет назад, существуют и сегодня, никак не изменившись.М. И. Да, есть такая точка зрения. Вот Георгий Александрович Заварзин, который у вас будет, он как раз с этих позиций будет вам рассказывать.

Но мне-то кажется, что, может быть, у микроорганизмов и не было такой большой необходимости эволюционировать, потому что живой организм эволюционирует, когда меняется среда. А микроорганизмы могли развиваться практически в тех нишах, которые не изменялись в течение жизни Земли. И второе. Микроорганизмы эволюционировали очень сильно. Но у них эволюция шла не по морфологии. Ну, частично шла по морфологии, конечно. Мы знаем и нитчатых многоклеточных микроорганизмов, и различные формы палочки – кокки, диплококки и так далее. Скользящие микроорганизмы своеобразные очень.

Но у микроорганизмов эволюция шла главным образом по пути эволюции обмена веществ, по усвоению различных источников энергии и питания. И в этом отношении микроорганизмы, конечно, обладают гораздо большими возможностями по сравнению с нами – людьми и животными...

Комменты:

blog comments powered by Disqus

Max_Evil

23.11.2004 13:08, 87 месяцев назад

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