Говорят, что жизнь всегда пробьёт себе дорогу. В глубинах океана, в вулканических источниках, под четырьмя метрами льда: почти везде, где учёные могли найти жизнь на Земле, они её нашли.

Методы, которые используют эти организмы, чтобы выжить в экстремальных условиях, научили нас, как лучше защищать свои тела и как копировать ДНК, чтобы лучше диагностировать болезни, кроме того, они рассказали нам, как жизнь пережила 100 миллионов лет глобального Ледникового периода.

На протяжении всей своей карьеры доктор наук в области наук о Земле и окружающей среде из Кардиффского университета Джаз Л. Миллар (Jaz L Millar) собирала организмы в экстремальных условиях. Первой её находкой была одноклеточная водоросль, известная как Dunaliella salina, которая обитает в солончаках: широких, плоских участках земли, где вода испаряется, оставляя после себя очень высокие концентрации соли. Соль может показаться не очевидной причиной биологического стресса, но она может вытягивать достаточное количество влаги из клетки, чтобы её разрушить и в конечном итоге убить организм.

Экстремофилы - устойчивые микроорганизмы, которые помогают нам понять наше прошлое и будущее.
Dunaliella salina — микроорганизм-экстремофил. Изображение: Wikimedia

Её работа была направлена ​​на то, чтобы выяснить, является ли D. salina «экстремофилом» (любителем экстремальных условий) или просто терпимой к очень солёным условиям с предпочтением содержания меньшего количества соли. Последнее определённо не является правдой, так как Миллар никогда не находила водоросль в оптимальном состоянии, поскольку чем больше было соли, тем сильнее она росла. Это был настоящий экстремофил.

D. salina компенсирует солевой стресс, неся высокий уровень глицерина (жидкого химического вещества со сладким вкусом) внутри своей клетки, уравновешивая направление, в котором вытягивается вода, чтобы влага не выходила из клетки посредством осмоса. В сухих открытых соляных бассейнах, где организм и обитает, ему также приходится бороться с невероятно высокими уровнями УФ-излучения. Вот почему водоросль содержит высокие концентрации бета-каротина — формы витамина А, которая защищает её от УФ-излучения.

Сейчас же D. salina коммерчески выращивается для производства пищевых добавок и средств по уходу за кожей: особенно для тонального крема и кремов для лица, защищающих кожу от УФ-излучения. Фактически, ученые украли «суперсилу» этих микроорганизмов — способность выживать при УФ-излучении — чтобы спасти нашу кожу.

Но, возможно, еще более значительным открытием стали «термофилы», или теплолюбивые организмы. Именно из этих термофильных микроорганизмов учёные извлекли термостабильные белки, способные удерживать свою молекулярную форму выше 60 °C, температуры, необходимой для разрыва и репликации ДНК, чтобы исследовать её. Например, если вы проходили ПЦР-тест на COVID, ваш образец ДНК непременно проходил через этот процесс. Эта способность воспроизводить или «усиливать» ДНК до уровней, которые мы можем обнаружить, произвела революцию в биологии и медицине.

Экстремофилы - устойчивые микроорганизмы, которые помогают нам понять наше прошлое и будущее.
Окрашенный снежными водорослями снег. Изображение: Wikimedia

В Йоркском университете Миллар изучала клеточные механизмы гипертермофильного микроорганизма, известного как Sulfolobus. Эти удивительные микробы принадлежат к археям, третьей ветви жизни наряду с бактериями и эукариотами.

Сульфолобусы не только чувствуют себя как дома при температуре 75–80 °C (температура действующих вулканов), но и могут процветать в очень кислой среде вулканических источников с pH 2–3 — среда, напоминающая лимонный сок или уксус. Изучение их секретов может помочь нам открыть молекулы, которые могут оставаться стабильными при даже более высоких температурах, обеспечивая ещё более универсальный анализ, который может помочь добиться прогресса в исследованиях здравоохранения, генетики и окружающей среды.

От горячего к холодному

С тех пор, как Миллар начала работать с термофилами, исследования привели её в другую экстремальную среду на нашей планете. Последние 4 года она изучает микроорганизмы, обитающие в Арктике и Антарктике. И хотя издалека полюса Земли могут показаться нетронутыми жизнью, даже там микроорганизмы существуют и процветают.

Многие из этих микроорганизмов добавляют яркости ландшафту благодаря своим ярким фотосинтетическим пигментам. Одним из таких примеров является цветение розового и зелёного снега посредством водорослей, данное явление также известно, как «арбузный снег». Достаточно пробурить поверхность замерзших озёр, таких как озеро Унтерзее в Антарктиде, и вы найдёте ярко-фиолетовое напыление фотосинтетических цианобактерий, которые так окрашены из-за низкого уровня света подо льдом. Их фиолетовый пигмент позволяет им более эффективно поглощать зелёный свет — основную длину волны, которая проникает в глубокую воду и толстый лёд.

Примечательно, что, несмотря на ограниченную доступность света и питательных веществ, сине-зелёные цианобактерии в полярных регионах можно даже найти зацепившимися за крошечные поры внутри и под камнями. В такой враждебной среде, где так мало фотосинтезирующей жизни, производящей энергию для питания пищевой цепи, эти цианобактерии являются ключевой основой местной экосистемы.

Экстремофилы - устойчивые микроорганизмы, которые помогают нам понять наше прошлое и будущее.Изображение: unsplash.com

И пока коллеги Миллар из Музей естествознания в Лондоне работали над этими красочными сообществами, она изучала «чёрные дыры криосферы» (зоны замороженной воды), известные как криоконитовые дыры. Криоконитовые дыры — это небольшие карманы талой воды, содержащие тёмные отложения, которые придают зонам таяния ледников пятнистого вида. Хотя они часто имеют ширину всего 5-20 см, она со своими коллегами обнаружили в каждом из них сотни видов микроскопических организмов.

Было высказано предположение, что эти горячие точки видового разнообразия могли служить убежищем для ряда микроорганизмов во время периода, когда Земля была снежным комом (Земля-снежок — глобальный ледниковый период, который произошёл 720-635 миллионов лет назад ) — незадолго до появления животных из палеонтологической летописи. Наша планета пережила много периодов оледенения, но криогенная Земля-снежок была особенно суровой, когда лёд достигал экватора.

Чтобы проверить способность криоконитовых организмов выживать в период «Земля — снежный ком», учёные сравнили рост криоконитовых организмов, инкубированных при постоянной антарктической летней температуре (0,5 °C), с криоконитами, замороженными при -5 °C в течение 12 часов в течение каждого 24-часового периода. Через месяц первые результаты показали, что не было заметной разницы между группами 0,5 °C и -5 °C. Удивительно, но полное замораживание каждую ночь даже не замедлило рост этих организмов.

Вполне возможно, что это исследование поможет учёным узнать не только о том, как жизнь выжила в экстремальных климатических условиях прошлого, но и о том, как работают современные связи между климатом и микробными экосистемами.

Правописание уведомления вебмастера


Понравилось? Поделитесь с друзьями!

Комментарии

- комментариев

EnglishРусскийУкраїнська
Включить уведомления Да Спасибо, не надо