Следы жизни: обнаружены микроорганизмы, способные выживать на метеоритах

Археи — похожие на бактерии микроорганизмы, не имеющие ядра и мембранных органелл. В устаревших на сегодня научных классификациях их даже объединяли с бактериями в общую группу прокариотов, однако, по современным представлениям, это самостоятельно эволюционировавшая форма жизни. С эукариотами они имеют общие черты в типах молекулярных метаболических путей и транскрипции генов. Их сверхспособность — умение питаться не только органическими соединениями, но и совершенно непригодными, на взгляд большинства живых организмов, вещами. Не отказываясь от таких стандартных блюд, как органика, эти специфические гурманы могут использовать в пищу, например, аммиак.

Международная команда исследователей решила проверить, могли ли микроорганизмы на заре существования Земли питаться неорганическими соединениями в отсутствие органической пищи и могли ли они выжить на метеорите, прилетевшем на нашу планету извне. Именно метеориты приносили с собой довольно сложные соединения, а также экзотические для тогдашней земной поверхности вещества, такие как фосфор. Древние формы жизни, впервые появившиеся на лишенном большого количества органических соединений ландшафте планеты, должны были уметь обеспечить свое функционирование. Хемолитотроф — живой организм, который может использовать камни в качестве источника энергии.

Более ранние исследования показали, что есть бактерии, которые успешно могут окислять железо, содержащееся в метеоритах. Авторы статьи, опубликованной в издании Scientific Reports, предположили, что некоторые микроорганизмы и в прошлом, и сегодня могут использовать метеориты не просто как "гарнир" к обычной пище, но и как основное блюдо.

Частицы метеорита NWA 1172, на котором культивировали археи M.sedula (левая часть изображения) и клетки архей на поверхности камня (правая часть) / © Milojevic, Kolbl, Ferriere et al., Scientific Reports, 2019

Слева направо: изменение микроструктуры поверхности метеорита под влиянием роста архей, полученное под растровым электронным микроскоп; то же самое изображение с увеличением; стерильная поверхность метеорита при температуре культивирования M.sedula / © Milojevic, Kolbl, Ferriere, Scientific Reports, 2019.

На роль того, кто сможет показать такие специфические вкусовые пристрастия, команда выбрала термоацидофила Metallosphaera sedula. Этот архей отлично чувствует себя при низком pH среды, высоких температурах и концентрациях тяжелых металлов. Предыдущие работы показали, что он мог выжить в марсианской почве. Кроме того, M. sedula известен особыми вкусами к неорганическим соединениям. Например, он может удалять из угля пирит — сульфид железа, также известный как "золото дураков".

Чтобы выяснить, действительно ли микроорганизм предпочтет метеориты, колонии этих архей предложили образец, отражающий свойства обычного для Земли типа каменистых метеоритов. Северо-Западную Африку 1172 (NWA 1172), кусок минерала весом 120 килограммов, нашли еще в 2000 году. Ученые предположили, что он должен понравиться микроорганизму: хорошее сочетание металлов и пористая структура, дающая много места для кормления и роста. "NWA 1172 — мультиметаллический материал, который может содержать гораздо больше микроэлементов для облегчения метаболической активности и роста микроорганизмов", — объясняет астробиолог Татьяна Милоевич из Венского университета.

Культуру архей подсадили на стерильный образец метеорита. Для сравнения микроорганизмам также предложили измельченный метеорит и другое минеральное "блюдо": измельченные образцы медно-железо-серного минерального халькопирита. Затем активность M. sedula изучали с помощью микроскопии и анализа высвобожденных ионов металлов, выделяемых микроорганизмами.

Ученые обнаружили существенную разницу в росте колоний в зависимости от вида "диеты", причем число архей на метеорите достигало пика намного раньше, чем на халькопирите. Микроскопия показала, что микроорганизм имеет специфические хитрости, позволяющие эффективно употреблять в пищу метеорит. Исследователи увидели крошечные пузырьки вне тел архей, которые помогали катализировать реакции. Что именно в них происходит, еще требует отдельного изучения. Возможно, они снижают токсичность их еды. Авторы отмечают, что по всем признакам внеземная диета больше нравилась этим существам, чем наземные минеральные смеси.

Изображение клетки M. sedula и распределение отдельных химических элементов в клетках архей, полученное при помощи темнопольной электронной сканирующей микроскопии / © Milojevic, Kolbl, Ferriere, Scientific Reports, 2019.

Химический и микроскопический анализ остатков микроскопического "банкета" предоставил исследователям потенциальную биологическую сигнатуру. В будущем ее можно применять, чтобы проверить, заглядывал ли на перекус конкретным космическим объектом какой-то хемолитотроф. "Наши исследования подтверждают способность M. sedula выполнять биотрансформацию метеоритных минералов, обнаруживать микробные отпечатки пальцев, оставленные на материале метеорита, и обеспечивать следующий шаг к пониманию биогеохимии метеоритов", — говорит Милоевич.

Человек тратит массу сил на поиск возможных пришельцев, которые способны покорять межзвездное пространство, с помощью высоких технологий. Возможно, все прозаичнее. Некоторые, простые и древние, виды почти наверняка могут пережить крайности межпланетного вакуума, а попадая в хоть сколько-нибудь спокойную среду, сразу могут приготовить себе завтрак из того, что есть прямо на их "летательном аппарате". Более того, уже сейчас такие крохотные выживальщики с большой вероятностью катаются на аппаратах и космическом мусоре, начиная свой путь с Земли. Вероятно, мы не найдем братьев по разуму, пилотирующих межзвездные корабли, но вполне можем обнаружить крошечных автостопщиков.