Подземные микробы практически научились жить вечно

Обсерватория Deep Carbon объявила о поразительном факте: масса микробов, живущих под поверхностью Земли, составляет от 15 до 23 миллиардов тонн углерода, что примерно в 245-385 раз превышает массу углерода всех людей. Это удивительно. Ведь не так давно мы даже и не подозревали, что глубоко под землей возможна жизнь. Однако за всем этим не сразу стала заметна деталь, которая более удивительна и интересна, чем масса подземной жизни: ее возраст.

Как достичь бессмертия? Спросить у микробов

Еще в конце 1920-х годов ученый по имени Чарльз Липман, профессор Калифорнийского университета в Беркли, начал подозревать, что в камнях есть бактерии. Не ископаемые бактерии. Живые.
Он размышлял над тем, что бактерии в его лаборатории можно было реанимировать после 40 лет, проведенных в сухой почве в запечатанных бутылках. Если они могли пережить четыре десятилетия, был ли какой-то предел?
Уголь походил на камень, созревший для испытаний, выросший из болотной грязи. Он начал давить куски угля, чтобы посмотреть, сможет ли что-нибудь прорасти из пыли. Смогло.
Размешав угольную пыль в стерильной воде, через две-три недели он увидел нечто похожее на бактерий. Помещая его в растворы с пептоном, едой бактерий, он ускорил время реанимации до пяти часов.
Что любопытно, он обнаружил, что период регидратации в жидкости в течение двух дней был необходим для восстановления. Если измельченный уголь смачивался, но после этого немедленно помещался в пищевой агар, подобный желатину, в чашке Петри, ничего не вырастало.
Конечно же, Липман включал меры предосторожности, чтобы гарантировать, что никакие загрязнители не вызывают роста. Его драконовские процедуры очистки и стерилизации предварительно раздробленных кусков включали очистку, вымачивания, выпекание и сдавливание кусков угля в течение нескольких часов или дней до измельчения. Фактически, он обнаружил, что нагрев образца в течение нескольких часов при 160 градусах Цельсия никогда не приводит к уничтожению бактерий внутри угля. Во всяком случае, он даже поощрял их. Чем дольше они выпекались — до невероятных 50 часов — тем лучше они, казалось, росли, когда уголь впоследствии разбивался. (Если его результаты были подлинными, они могут быть не столь и удивительными, учитывая условия, при которых создается уголь).
Липман не верил, что бактерии, которых он сотворил из угля, были живы в том же смысле, в каком живы бактерии в кишечнике. Скорее он полагал, что во время процесса формирования угля бактерии высохли и вошли в фазу заморозки.
«…Микроорганизмы, найденные в угле, на самом деле являются выжившими, заключенными в уголь во время его образования из материала, который первоначально был, вероятно, очень богат микроорганизмами, поскольку был похож на торф», писал он в Journal of Bacteriology. «Я считаю, что местами разбросанные по угольным массам случайные споры или некая подобная устойчивая стадия покоя микроорганизма пережили превратности времени и обстоятельств и сохранили живой характер, способность превращаться в растительный организм и способность размножаться в благоприятных условиях».
Это высушенное состояние мы сейчас называем ангидробиозом, и именно в таком состоянии тихоходки могут противостоять вакууму космоса и бомбардировке радиацией.
Уголь Липмана поступил из Уэльса и Пенсильвании, где часть его была добыта на глубине 900 метров. Пенсильванский уголь вдохновил название целого геологического подпериода — пенсильванского.
Ему не менее 300 миллионов лет.
Шел 1931 год. Его коллеги, вероятно, полагали, что Липман сошел с ума. Но здесь, в 2019 году, кажется все более вероятным, что он не был сумасшедшим. Старейшими живыми существами в мире могут быть не гнутые остистые сосны и не древние осины, а крошечные микробы, запертые в скалистых породах под поверхностью, цель которых — не расти или размножаться, а просто обмануть смерть.
Все больше работ, появившихся в последнее десятилетие, показывают, что бактерии, живущие — многие из них в гидратированном, активном состоянии — в отложениях, в породах, в карманах и трещинах под землей — это устаревшие данные.
Например, в начале 2000-х годов ученые обнаружили, что скорость, с которой микробы в водоносных слоях и отложениях дышали, была значительно ниже, чем у микробов на поверхности. Скорость оборота биомассы — время, необходимое для замены молекул в клетке — измерялась от сотен до тысяч лет.
«Мы не знаем, размножаются ли микробы в этих подземных средах с такими медленными темпами оборота биомассы», писали Фредерик Ковелл и Стивен Д’Хондт в обзоре Nature and Extent of the Deep Biosphere 2013 года, «или живут без деления миллионы и десятки миллионов лет».
В 2017 году в PNAS появилась работа, в которой показано, что в двух километрах под дном Тихого океана у берегов Японии, в угольных и сланцевых залежах возрастом 5-30 миллионов лет, обнаружена низкая плотность бактерий (хотя «низкая» все еще составляет 50-2000 клеток на кубический сантиметр).
И они все еще активно, хоть и очень медленно, жили. Время их генерации варьировалось от месяцев до более 100 лет. Но эта оценка, была, вероятно, заниженной. Время генерации кишечной палочки в лаборатории — от 15 до 20 минут.
В исследовании микробов, живущих в глубоководных морских отложениях в южной части Тихого океана, 2018 года, опубликованном в Geobiology, был сделан вывод о том, что приспособленность в таких отложениях заключается не в росте, а в выживании. Авторы пришли к выводу, что единственным источником пищи для таких микробов является то, что с ними было похоронено. Количество потребляемого ими углерода на техническое обслуживание и ремонт в течение года составляло всего 2% от собственного содержания углерода в клетке.
«Тот факт, что неповрежденные микробные клетки обнаружены в этой древней среде обитания, имеет замечательные последствия в отношении устойчивости этих организмов», пишут авторы.
В их компьютерных моделях, моделирующих много миллионов лет, через четыре миллиона лет все клетки прекращали рост. Они просто вкладывали все ресурсы, которые могли найти, чтобы поддерживать работу старой тушки.
Как долго может продолжаться эта игра с нулевыми призовыми? Будут ли в конечном итоге микробы голодать? Примут ли они иссохшую, замороженную форму, вроде той, что обнаружил Липман? Или же это требует особых условий?
Накапливаются доказательства того, что такие лишенные питательных веществ, пожилые бактерии не являются «микробными зомби». Напротив, многочисленные исследования показали, что когда глубокие подземные микробы помещаются в более умеренную среду, они быстро оживают.
В общем и целом, эти выводы не кажутся прям такими нелепыми, если учесть, что микробы, захороненные глубоко под земной поверхностью, защищены от космического излучения — толстыми слоями воды, отложений, пород. Мюоны, которые присутствуют в космическом излучении, достигающем поверхности Земли, могут пробиться лишь через несколько десятков метров пород. Такое излучение постоянно облучает ДНК организмов, живущих на поверхности, приводя к их мутации.
Гипотезы панспермии о том, что жизнь наполнила Вселенную, путешествуя автостопом внутри астероидов, всегда казались чем-то сверхъестественным. Но эти находки, вместе с недавним осознанием того, что жизнь могла появиться на Земле почти сразу, вместе с образованием планеты, заставляют пересмотреть это отношение. Хоть космос и огромен, жизнь найдет свой путь.
Подводя итог, можно сказать, что земная кора выглядит просто паршиво с холостыми, древними бактериями, припаркованными в режиме энергосбережения и готовыми в любой момент ожить. Но что это за жизнь! Эпохи, проведенные в погребении в темной, безвоздушной, безмолвной матрице, едва питаясь, едва дыша, едва двигаясь, едва живя. Но не мертвыми.
Если Чарльз Липман был прав, на нашей планете также есть бактериальные клетки, которые начали жизнь за 50 миллионов лет до появления динозавров, которые могут снова начать делиться завтра. Это захватывает дух.
Однако цена практического бессмертия — оставаться запертыми в подземной тюрьме.
Согласитесь, это не сильно отличается от погребения людей.