Далеко под океанским дном отложения кишат причудливыми микробами, похожими на зомби. Хотя технически они живые, они растут в замедленном темпе, и для деления одной клетки могут потребоваться десятилетия - то, что их родственники на поверхности делают за считанные минуты. Новое исследование Океанографического института Вудс-Хоул (WHOI) начинает анализировать, как они выживают, изучая их источник «пищи» - близлежащие молекулы органического углерода. Исследование помогает углубить наше понимание ограничений жизни на Земле и может помочь узнать, как жизнь может существовать на других планетах.
В статье, опубликованной в выпуске журнала Nature Geoscience от 21 января, ученые WHOI изучили длинные образцы керна, взятые на борту НИС Knorr и НИС Revelle посреди северной Атлантики и южной части Тихого океана. Проанализировав отложения керна с помощью рентгеновских лучей высокой интенсивности, исследователи обнаружили, что они содержат небольшое количество молекул органического углерода - фрагментов древних белков давно умерших организмов - сохранившихся в отложениях возрастом до 25 миллионов лет.
При нормальных обстоятельствах такой углерод быстро поглощается микробами. В глубоких срединно-океанических отложениях Атлантического и Тихого океанов его не так много, что делает их трудными местами для выживания микроорганизмов. Любые бактерии, которые наткнулись на него, будут угощены крошечным пиршеством. Но по какой-то причине находящиеся поблизости микробы не пользуются этой неожиданной удачей в полной мере.
«С точки зрения чистой химии они должны быть в состоянии метаболизировать весь этот углерод, но это не так», - говорит Эмили Эстес, ведущий автор статьи, которая в настоящее время является исследователем с докторской степенью в Университете США. Делавэр. Во время исследования Эстес был аспирантом совместной программы MIT-WHOI, работая непосредственно с соавтором Коллин Хансел.
Присутствие углерода необычно, добавляет она, потому что отложения также содержат кислород. Обычно типы микробов, которые там процветают, используют оба химических вещества. Кислород действует как своего рода «топливо» для обмена веществ и других биохимических реакций внутри организмов; углерод обеспечивает сырье для этих реакций и позволяет клеткам восстанавливать свои собственные структуры и органеллы. Но в глубоких отложениях баланс между ними странно неравномерный.
Неясно, почему именно остается избыток органического углерода, говорит Эстес, но ее исследование исключило по крайней мере одно существующее объяснение. Предыдущие исследования показали, что микробы не «съедали» лишний углерод, потому что он был в форме, которую они не могли усвоить. Однако Эстес и ее коллеги обнаружили, что органический углерод находится в форме, пригодной для использования микробами, и имеет практически одинаковую структуру во всех отложениях. Вместо этого, по ее словам, более правдоподобный ответ заключается в том, что углерод слился с минералами в отложениях, что сделало его недоступным. Она также предлагает третий и, вероятно, наиболее распространенный механизм: микробы физически не могут добраться до избытка углерода. Глубоко под океанским дном этот источник пищи распределен очень редко, а микробы слишком медлительны, чтобы долго искать.
С точки зрения микроба, углерод может быть просто вне досягаемости. Когда вы живете в состоянии, когда у вас мало энергии, как у этих организмов, вам может быть слишком трудно плавать или ползать. вокруг, чтобы найти его», - говорит Коллин Хансел, геохимик-микробиолог из WHOI.
«Что меня особенно волнует, так это то, что это исследование может помочь нам понять некоторые ограничения жизни в целом, будь то под морским дном, на другой планете или на Луне», - добавляет она. «При рассмотрении условий, которые могут поддерживать внеземную микробную жизнь, физическая среда может быть столь же важной, как и химическая. Микробы, живущие в среде с островами питательных веществ, которые физически разделены и с низкой диффузией, просто не могут использовать этот источник энергии для роста».