Нехватка кислорода — не помеха для жизни

Горячие источники Йеллоустонского национального парка — это экстремальные среды, в которых обитает разнообразие микробов. Их изучение может пролить свет на эволюцию жизни на Земле и, возможно, на других планетах.

Фотосинтезирующие организмы не выдерживают высоких температур источников, а вот хемосинтезирующие микроорганизмы, которые используют в качестве источника энергии химические вещества, а не солнечный свет, чувствуют себя там хорошо. Многие из этих необычных микробов считаются ближайшими современными родственниками самой ранней жизни на нашей планете.

"Хемосинтезирующие микроорганизмы служат полезными моделями для понимания того, как жизнь может сохраняться во внеземных системах, например, в недрах Европы, где световая энергия недоступна, но могут быть обильные источники химической энергии", — говорит Дэниел Колман, геомикробиолог из Университета штата Монтана.

В 2014 году Колман и его коллеги собрали образцы из хемосинтезирующих микробных сообществ в 15 горячих источниках Йеллоустона. Горячие источники — сложные среды, где доступность питательных веществ сильно варьируется даже в пределах одного источника. Учёные проанализировали, как эти вариации могут формировать типы хемосинтезирующих сообществ в конкретном месте.

Результаты исследования опубликованы в журнале FEMS Microbiology Ecology в статье "Экологическая дифференциация планктонных и связанных с осадками хемотрофных микробных популяций в горячих источниках Йеллоустона".

Исследователи изучили микроорганизмы, которые были либо планктонными (свободноплавающими), либо живущими в осадке, а также проанализировали химический состав воды и минералогию осадков.

Они сосредоточились на веществах, известных как окислители, которые помогают организмам захватывать энергию, отбирая электроны у питательных веществ. В то время как люди и многие другие организмы используют в качестве основного окислителя кислород, хемосинтезирующие микробы полагаются на другие окислители, дающие меньше энергии, например, на окисленные формы железа и серы.

Учёные обнаружили, что в планктонных сообществах Йеллоустона доминировали бактерии-микроаэрофилы, которым для выживания нужен кислород, но в концентрациях ниже, чем в атмосфере Земли. Напротив, в сообществах в осадках доминировали хемосинтезирующие микробы, которые используют в качестве окислителей неорганические вещества, такие как элементарная сера или окисленное железо.

Эти результаты проливают свет на то, как и почему микробы горячих источников в осадках отличаются от микробов в воде. Микробы, живущие в воде, контактирующей с воздухом, могут использовать атмосферный кислород в качестве окислителя. В то время как микробы в осадках, вероятно, бедных кислородом, вынуждены обходиться другими видами окислителей. Исследователи полагают, что ранняя жизнь на Земле была ограничена доступностью окислителей и вынуждена была использовать то, что было вокруг. То же самое может быть справедливо для жизни в других частях Вселенной.

"Понимание современных распределений микроорганизмов в связи с факторами окружающей среды может дать представление о том, как жизнь эволюционировала в ответ на меняющуюся среду на протяжении истории Земли и эволюции жизни", — говорит Колман.

Колмана особенно интересуют подповерхностные микробные сообщества Йеллоустона, поскольку они могут в некоторой степени напоминать внеземные условия в таких местах, как Европа. Ничего не известно о природе или даже существовании мелкой, высокотемпературной подповерхностной биосферы в Йеллоустонском национальном парке, поскольку любые буровые работы на землях национальных парков запрещены.

NASA заинтересовано в этом исследовании, потому что понимание жизни в горячих источниках Йеллоустона может пролить свет на то, как жизнь может процветать во внеземных средах с аналогично высокой температурой и давлением и низким содержанием питательных веществ. "Эти среды недостаточно изучены в астробиологических исследованиях, но обладают огромным потенциалом в качестве доступных аналогов потенциально обитаемых внеземных сред, которые могут существовать на Энцеладе, Марсе или Европе", — говорит Колман.

Например, так же, как в осадках горячих источников Йеллоустона мало кислорода, "мы ожидаем, что жизнь в подповерхностных средах других планетных тел, вероятно, будет страдать от хронической нехватки окислителей, таких как кислород, и ей придётся обходиться окислителями, дающими меньше энергии", — заключает Колман.