Микроорганизмы в засушливых регионах добывают необходимую воду из горных пород

В пустыне Атакама на севере Чили, одном из самых сухих мест на Земле, микроорганизмы выживают, извлекая воду из самих горных пород, которые они колонизируют.

Полевые работы и лабораторные эксперименты исследователей из Калифорнийского университета в Ирвайне, а также Университета Джонса Хопкинса и Калифорнийского университета в Риверсайде позволили детально понять механизмы выживания некоторых цианобактерий в суровых условиях.

Новые данные, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences, показывают, как жизнь может процветать в местах с дефицитом воды (например, на Марсе), и как люди в засушливых регионах могли бы в будущем получать влагу из доступных минералов.

Исследователи сосредоточились на взаимодействии Chroococcidiopsis — устойчивых к высыханию цианобактерий, встречающихся в пустынях по всему миру, — и гипса, минерала на основе сульфата кальция, содержащего воду. Микроорганизмы существуют под тонким слоем породы, который защищает их от высокой солнечной радиации, экстремальной сухости и сильных ветров Атакамы.

Одним из самых поразительных открытий стало то, что микроорганизмы меняют саму природу породы, в которой обитают. Извлекая воду, они вызывают фазовое превращение материала — из гипса в ангидрит, обезвоженный минерал.

Импульсом к работе послужили данные, показавшие совпадение концентраций ангидрита и цианобактерий в образцах гипса из Атакамы. Анализ показал, что в колонизированных областях породы присутствует обезвоженная фаза сульфата кальция, что указывает на извлечение воды для выживания.

В контролируемом эксперименте организмы колонизировали образцы породы в двух условиях: при наличии воды (высокая влажность) и в полной сухости. Во влажной среде превращения гипса в ангидрит не происходило — цианобактерии получали воду из окружения. В стрессовых условиях микроорганизмы, не имея альтернативы, извлекали воду из гипса, вызывая фазовое превращение.

С помощью современной микроскопии и спектроскопии было обнаружено, что организмы, подобно крошечным шахтёрам, внедряются в породу, выделяя биоплёнку, содержащую органические кислоты. Цианобактерии используют кислоту для проникновения в гипс в определённых кристаллографических направлениях — только вдоль тех плоскостей, где им легче получить доступ к воде, находящейся между ионами кальция и сульфата.

Это первая демонстрация способности микроорганизмов извлекать воду из минералов. Данная стратегия выживания важна для поиска жизни в других мирах и может быть использована для разработки технологий выживания человека в экстремальных условиях.