Находка под океаническим дном вдохновляет на поиски жизни на Марсе

Уже миллионы лет на Земле под океаническим дном в крошечных, заполненных глиной трещинах твердой породы живут микробы.

Недавно обнаруженные одноклеточные существа, обитающие глубоко под океаническим дном, предоставили исследователям подсказки о том, как они могут найти жизнь на Марсе. Эти бактерии уже миллионы лет живут в крошечных трещинах внутри вулканических пород и были обнаружены после того, как исследователи прошли через десять попыток и ошибок найти новый способ исследования пород.

Об этом рассказывают в Токийском университете.

Исследователи подсчитали, что в трещинах пород проживает колония бактерий, с той же плотностью, как и в человеческом кишечнике, примерно 10 миллиардов бактериальных клеток на кубический сантиметр. Но, средняя плотность бактерий, обитающих в грязевом осадке на дне, оценивается в 100 клеток на кубический сантиметр.

"Сейчас я почти с нетерпением жду, что смогу найти жизнь на Марсе. Если нет, то, наверное, жизнь опирается на какой-то другой процесс, которого на Марсе нет, как тектоника плит", - сказал доцент Йохей Сузуки из Токийского университета, имея в виду движение земельных масс вокруг Земли, наиболее примечательный возникновением землетрясений. Сузуки является первым автором исследовательской работы, объявляющей об открытии, опубликованной в журнале "Communications Biology".

Магия глинистых минералов

"Я думал, что это был сон, когда увидел такую насыщенную микробную жизнь в породах", - сказал Сузуки, вспоминая, как он впервые увидел бактерии в образцах подводных пород.

Подводные вулканы выбрасывают лаву с темературой примерно 1200 градусов по Цельсию, которая в конце-концов трескается, когда охлаждается и каменеет. Трещины узкие, часто менее 1 миллиметра поперек. В течение миллионов лет эти трещины заполняются глинистыми минералами - той же глиной, которая используется для изготовления гончарных изделий. Так или иначе, бактерии проникают в те трещины и размножаются.

"Эти трещины - очень дружелюбное место для жизни. Глиняные минералы - это как магический материал на Земле: если вы можете найти глинистые минералы, вы почти всегда можете найти микробов, живущих в них", - пояснил Сузуки.

Микробы, обнаруженные в трещинах, являются аэробными бактериями, то есть они используют процесс, похожий на тот, с помощью которого человеческие клетки вырабатывают энергию, полагаясь на кислород и органические питательные вещества.

"Честно говоря, это было очень неожиданное открытие. Мне очень повезло, ведь я почти сдался", - сказал Сузуки.

Круиз за образцами из глубокого океана

Сузуки и его коллеги обнаружили бактерии в образцах пород, которые он помог собрать в конце 2010 года во время Комплексной программы океанического бурения (IODP). Экспедиция IODP 329 доставила группу исследователей из тропического острова Таити посреди Тихого океана в Окленд, Новая Зеландия. Исследовательский корабль становился на якорь над тремя местами по маршруту, который пролегал вдоль Юго-тихоокеанского течения, и использовал металлическую трубу длиной 5,7 километра, чтобы достичь дна океана. Затем было просверлено еще 125 метров морского дна и извлечены образцы породы, каждый примерно 6,2 см в поперек. Первые 75 метров под морским дном были грязевым осадком, потом исследователи собрали еще 40 метров твердых пород.

В зависимости от места расположения, возраст образцов пород оценивался в 13,5 миллионов, 33,5 млн и 104 млн лет. Места отбора не находились вблизи гидротермальных отверстий или под-водных каналов, поэтому исследователи уверены, что бактерии попадали в трещины самостоятельно, а не принудительно. Также, образцы породы были стерилизованы для предотвращения поверхностного загрязнения с помощью искусственного промывания морской водой и быстрого обжига, процесса, который Сузуки сравнивает с приготовлением суши абури (обжигаются пламенем).

В то время стандартным способом выявления бактерий в образцах породы было откалывание внешнего слоя породы, а затем измельчение центра породы в порошок и подсчет клеток с этой измельченной породы.

"Я громко стучал своими молоточком и зубилом, отламывая куски породы, а все остальные спокойно работали со своей грязью", - вспоминал он.

Как нарезать камень

В течение многих лет, продолжая надеяться, что бактерии могут присутствовать, но не в состоянии их найти, Сузуки решил, что ему нужно по-новому посмотреть именно на трещины, проходящие через породы. Он нашел вдохновение в том, как патологи готовят ультратонкие срезы образцов тканей тела для диагностики заболевания. Сузуки решил покрыть породу специальным эпоксидным покрытием для поддержания е естественной формы, чтобы она не рассыпались, когда будет срезать тонкие слои.

Эти тонкие листья твердой породы затем промывали красителем, который окрашивает ДНК, и поместили под микроскоп.

Бактерии появились в виде шариков, светящихся зеленым цветом, плотно упакованные в туннеле, светящимся оранжевым, окруженным черной породой. Это оранжевое сияние происходит от глинистых минералов, "волшебного материала", который предоставляет бактериям благоприятное для жизни место.

Полный анализ ДНК-генома выявил различные виды бактерий, живших в трещинах. Образцы из разных мест имели подобные, но не тождественные виды бактерий. Породы в разных местах имеют разный возраст, что может повлиять на то, какие минералы успевали накапливаться, а следовательно, какие бактерии наиболее часто встречаются в трещинах.

Сузуки и его коллеги предполагают, что трещины, заполненные минеральными глинами, концентрируют питательные вещества, которые бактерии используют в качестве топлива. Это может объяснить, почему плотность бактерий в трещинах породы на восемь порядков превышает плотность бактерий, свободно живущих в грязевом осадке, в котором морская вода разбавляет питательные вещества.

С океанского дна на Марс

Глиняные минералы, заполняющие трещины в породах на океанских глубинах, вероятно, похожи на минералы, которые могут сейчас находиться в породах на поверхности Марса.

"Минералы - это как отпечаток пальцев того, какие условия существовали при образовании глины. Нейтральные к слабощелочным уровням, низкая температура, умеренная соленость, богатая железом среда, базальтовая порода - все эти условия являются общими между глубоким океаном и поверхностью Марса", - сказал Сузуки.

Исследовательская группа Сузуки начинает сотрудничество с Космическим центром NASA имени Джонсона для разработки плана исследования горных пород, собранных с марсианськой поверхности роверами. Идеи включают хранение образцов в титановой трубке, использование томографического сканера, тип трехмерного рентгеновского излучения для поиска жизни внутри трещин, заполненных глинистыми минералами.

"Это открытие жизни там, где его никто не ожидал - в твердой породе под морским дном - может изменить игру поиска жизни в космосе", - отметил Сузуки.