Обнаружена самая низкая температура для жизни

Ученые определили минимальную температуру, при которой простая жизнь может существовать и расти.

Исследование, опубликованное в PLoS One, показывает, что ниже -20 °C одноклеточные организмы обезвоживаются, переходя в витрифицированное — стеклообразное — состояние, в котором они не могут завершить свой жизненный цикл.

Исследователи предполагают, что, поскольку организмы не могут размножаться ниже этой температуры, -20 °C является нижним температурным пределом для жизни на Земле.

Ученые помещали одноклеточные организмы в водную среду и понижали температуру. По мере охлаждения среда начинала превращаться в лед, и по мере роста кристаллов льда вода из клеток выходила наружу, образуя больше льда. Это приводило сначала к обезвоживанию клеток, а затем к их витрификации. Как только клетка витрифицируется, ученые больше не считают ее живой, поскольку она не может размножаться, но клетки можно вернуть к жизни при повышении температуры. Эта фаза витрификации аналогична состоянию, в которое входят высушенные семена растений.

«Интересная особенность витрификации в том, что, как правило, клетка выживает, тогда как при замерзании она погибла бы. Если вы замораживаетесь изнутри, вы умираете. Но если вы можете осуществить контролируемую витрификацию, то можете выжить», — говорит профессор Эндрю Кларк из Британской антарктической службы NERC, ведущий автор исследования. «Как только клетка витрифицирована, она может продолжать существовать при невероятно низких температурах. Она просто не может ничего делать, пока не согреется».

Более сложные организмы способны выживать при более низких температурах, потому что они могут в некоторой степени контролировать среду, в которой находятся их клетки.

«Бактерии, одноклеточные водоросли и одноклеточные грибы — которых в мире огромное количество — являются свободноживущими, потому что они не зависят от других организмов», — объясняет Кларк.

«Все остальное, например, деревья, животные и насекомые, обладает способностью контролировать жидкость, окружающую их внутренние клетки. В нашем случае это кровь и лимфа. В сложном организме клетки находятся в среде, которую организм может контролировать. Свободноживущие организмы этого не имеют; если лед образуется в окружающей среде, они подвергаются всем связанным с этим стрессам».

Если свободноживущая клетка охлаждается слишком быстро, она не сможет обезводиться и витрифицироваться; вместо этого она замерзнет и не выживет.

Это отчасти объясняет, почему сохранение продуктов с помощью глубокой заморозки работает. Большинство морозильных камер работают при температуре около -20 °C. Это исследование показывает, что эта температура эффективна, потому что плесени и бактерии не могут размножаться и портить пищу.

«Мы были очень довольны, что получили результат, имеющий более широкое значение, поскольку он объяснил механизм, почему бытовые морозильники так успешны», — говорит Кларк.

Ученые считают, что обнаруженный ими температурный предел является универсальным, и ниже -20°C простые формы одноклеточной жизни не могут расти на Земле. В ходе исследования они изучили широкий спектр одноклеточных организмов, которые используют различные источники энергии — от света до минералов — для метаболизма. Каждый отдельный тип витрифицировался ниже этой температуры.

«Когда у вас есть одноклеточный организм, и вы охлаждаете его до образования льда во внешней среде, во всех случаях, которые мы рассматривали, клетки обезвоживались, а затем витрифицировались в диапазоне от -10°C до -25 °C. Не было никаких исключений», — поясняет Кларк.