Когато бактериите поглъщат камъни в антарктическите дълбини Телеполис
На 800 метра под ледниците на Западна Антарктида има езеро с богата екосистема и много видове бактерии, за радост на астробиолозите
Използвайки най-новите техники за сондиране и методи за вземане на проби от почвата, международен екип от изследователи откри екосистема, която е недокосната от поне 120 000 години на 800 метра под ледената покривка на Западна Антарктида. Те са разположили ледниково езеро, в което живеят множество видове бактерии. Без светлина те се хранят с утаечни скали и получават кислород от стопената вода.
В днешния брой на Nature екипът съобщава за откриването на екстремофилни микроорганизми. Това прави антарктическия континент най-голямата неизследвана екосистема на сушата. Фактът, че микробите процъфтяват в тази негостоприемна среда, също влияе върху търсенето на живот в космоса.
Общата маса на микробиологичния живот на нашата планета е почти непредсказуема. Микробиолозите изчисляват, че Bacillus & Co. са пет до двадесет и пет пъти масата на цялата фауна, която живее сега. Разбираемо е, че досега науката в най-добрия случай е изследвала само периферни области на микрокосмоса и е регистрирала таксономично максимум един процент от жителите си.
За първи път се появиха преди 3,4 милиарда години, микроорганизмите са, от една страна, едни от най-старите живи същества на земята, а от друга страна са най-успешните и в същото време най-устойчивите форми на живот на нашата планета.
Екстремни екстремофили
Те присъстват практически навсякъде и се противопоставят на екстремните условия на околната среда. В полярен морски лед, в горещи извори, при високи концентрации на сол, в основни или киселинни условия, на големи дълбочини (без светлина), под високо налягане, в космоса (без кислород), тези оцелели се размножават с лекота.
Те са не само сред най-екзотичните и приспособими същества в нашия свят, те също биха могли да намерят своите ниши на съседната планета Марс и някои луни от нашата Слънчева система - или да са направили своя дом някъде там на други извънсоларни небесни тела.
Съществуват повече от дузина различни категории устойчиви микроорганизми от този цвят, като например червените водорасли Galdieria, които принадлежат към екстремофилния клас термофили. Явно се забавлява в парещите горещи извори на националния парк Йелоустоун. Друг много впечатляващ екстремофил е бактерията Deinococcus radiodurans.
Този едноклетъчен организъм, един от радиофилите, който микробиолозите шеговито наричат „Конан, бактерията“, се характеризира с много изразена радиационна устойчивост, тъй като се чувства като у дома си в охлаждащата вода на атомните електроцентрали.
Микробни колонии в субледникови райони
Сега международен интердисциплинарен екип от учени около микробиолога Брент К. Кристнър от държавния университет в Луизиана (щат Луизиана) съобщава за откриването на микробна екосистема в Западна Антарктида, чиито представители принадлежат към екстремофилския клас студолюбиви криофили и са разделени всяка слънчева радиация се умножава.
В специализирана статия, публикувана днес в Nature, изследователите описват богатата и, по отношение на биологичното разнообразие, голяма общност от микроорганизми, които са открили биотоп в ледниково езеро на 800 метра под ледената покривка на Западна Антарктида.
Това е първият път, когато микробиолозите и геолозите успяват да вземат проби от вода и утайки от подледниково ледниково езеро на дълбочина 800 метра, използвайки най-новите техники за сондиране и вземане на проби от почвата. Въпросът дали микробният живот може да оцелее в ледниковите езера на Антарктида е спорен в изследванията и до днес.
Но сега това е поставено в перспектива, защото изследователите около Christner откриха колонии от микроорганизми за първи път в такива райони. "Скрита под леда на Антарктика, на дълбочина половин миля, е неизследвана част от нашата биосфера. WISSARD ни даде поглед към същността на микробиологичния живот, който съществува там", казва Брент Кристнър, водещият автор на настоящото издание на Nature -Публикувай.
Първи анализ на място
WISSARD е съкращение от „Проектът за сондажни проучвания за проучване за достъп до леден поток на Whillan's Ice Stream“, субсидиран от Националната научна фондация на САЩ (NSF) с 20 милиона долара, при който едноклетъчни организми са извлечени от дълбините на Антарктика за първи път по време на сондажа.
Екипът на WISSARD взе първите проби от ледниковото езеро на 28 януари 2013 г. Няколко часа по-късно те успяха да открият първите живи клетки в микроскопа по време на първата инвентаризация на място, преди изследователите след това да подготвят пробите за транспортиране, да ги запечатат херметически, да ги опаковат и да ги изпращат в различни лаборатории, където ги подлагат на интензивни химически и биологични анализи бяха.
За да се открие микробната активност, в лабораториите са последвали допълнителни тестове с мощни микроскопи. Изследователите също така секвенираха ДНК, плаваща във водата, и също така култивираха микробите, открити в лабораторни условия.
Според Мартин Трантер от Университета в Бристол (Великобритания), резултатът, представен сега в Nature, може да се види, както глациологът казва в статията News & Views, придружаваща Nature paper:
Този доклад е крайъгълен камък за полярните изследвания, тъй като, благодарение на вземането на проби без замърсяване, той за първи път ясно показва, че микробите присъстват във водата и в седиментната скала - 800 метра под леда, ледниковото езеро на езерото Уилан при температура минус 0,17 по Целзий.
130 000 клетки и 3931 едноклетъчни вида
Изследователите са открили 130 000 клетки на милилитър в езерото, което приблизително съответства на средната плътност на микробите в дълбоководни води. 130 000 живи клетки, които биха могли да бъдат разпределени на 3931 различни видове бактерии и групи археи (оригинални бактерии). Това прави микробната общност в ледниковото езеро далеч по-сложна, отколкото би могло да се очаква от една екосфера, която е била изолирана от останалия свят в продължение на няколкостотин хиляди години.
"Бях изненадан колко богата е екосистемата. Това е много впечатляващо", казва микробиологът и биогеохимик Джон С. Приску от Държавния университет в Монтана в Боузман, Монтана, който допринесе за откритието.
Всъщност пробите говорят ясен език. Те казват, че микроорганизмите в езерото Уилънс са оцелели поне 120 000 години или до един милион години без енергийната светлина на слънцето и извън фотосинтезата. „Имаме процъфтяваща екосистема тук долу“, казва Дейвид Пиърс, микробиолог от университета Нортумбрия в Англия. "За първи път имаме реална представа за това кои организми се намират под антарктическия континент."
Добре дезинфекцирани
Тъй като има много представители на 3931 активни бактериални вида и археи, за които е известно, че получават енергията си от седиментни скали, Кристнър и колегите му приемат, че по-голямата част от едноклетъчните организми получават храната си под ледения слой по същия начин и освен това необходимият кислород се извлича от стопената вода.
Голям избор от кулинарни ястия не е оставен за бактериите, които живеят в постоянна тъмнина и изолирани, защото - за разлика от колегите си от дълбоките води - повърхността като доставчик на хранителни вещества (мъртви водорасли и различни други организми) е напълно елиминирана.
Екипът на WISSARD трябваше да бъде изключително внимателен при сондиране. В края на краищата те трябваше да предотвратят замърсяването на местообитания, които отдавна са изолирани от външния свят при всякакви обстоятелства. За да направят това, учените първо разработиха метод, с който могат да се извършват сондажи и вземане на проби, без да се замърсяват пробите с организми от земната повърхност.
За тази цел те облъчват трайно свредлото за гореща вода и измервателните уреди и контейнерите за проби с UV светлина. Очевидно това им позволи да изнесат чиста вода и скални проби на дневна светлина.
400 мрежи подледникови езера
Учените за първи път откриха течна вода под дебелия слой лед в Антарктика преди 41 години. Оттогава геолозите са разположили почти 400 подледникови езера чрез радар и спътник, които се намират под ледовете на Антарктика, които са средно дебели три километра.
Подледниковите езера в Антарктида представляват голям интерес за микробиолозите, тъй като дебелата ледена покривка над тях ефективно ги предпазва от външния свят и слънцето в продължение на милиони години, така че всички едноклетъчни организми, потенциално живеещи в тази среда, са буквално запазени.
Докато най-голямото и най-известно ледниково езеро в Антарктида, езерото Восток, е дълго 250 километра и 50 километра широко и дълбоко до 1200 метра, ледниковото езеро, изследвано от екипа на WISSARD, Lake Whillans, е само с размер около 60 квадратни километра - и минус 0,17 градуса по Целзий.
Учените подозират, че 400-те езера под Антарктида са свързани от мрежа от подледникови реки. По този начин се извършва изравняване на налягането - и воден транспорт между тях. Обаче там, където точно микробите са намерили своите ниши в субледниковите региони, засега остава напълно отворено. "Трябва да отидем там и да вземем проби от езерата", призовава Приску.
Ледена луна Европа във възход
Фактът, че микроорганизмите се размножават в пълна тъмнина от почти милион години под ледената броня с дебелина 800 метра, също призовава астробиолозите на мястото. Луната на Юпитер Европа отново се фокусира. В крайна сметка четвъртата по големина от 67-те спътника на Юпитер, известни до момента, се счита от астробиолозите за най-горещия кандидат за извънземен живот в нашата Слънчева система.
Вероятността за потенциален живот в Европа се е увеличила, когато изследователската сонда на НАСА „Галилей“ е намерила ясни доказателства по време на прелитането си над Европа на разстояние само 351 километра в средата на 90-те години, че безбройните пукнатини на повърхността не са нищо повече от цепнатини между огромни ледени плочи.
Ледени покривки, които постоянно сменят позицията си по такъв начин, че да могат да се носят само върху една течност. Течен океан от вода съществува на 100 километра под ледената повърхност на Европа. И според много екзобиолози в него биха могли да процъфтяват микроорганизми или дори примитивни многоклетъчни клетки.
За ръководителя на проекта на изследването WISSARD, Брент Кристнър, настоящата находка на екстремофилите, живеещи под антарктическия леден слой, несъмнено също увеличава вероятността от микробен живот в Европа.
На въпрос дали скорошното откритие дава друг аргумент, който да оправдае мисия в Европа, Christner Telepolis отговори:
Със сигурност може да се намерят много връзки между субледниковото езеро Уиланс и океана на луната на Юпитер Европа. Но в крайна сметка разликите надвишават разликите. Според мен луната Европа все още си заслужава дестинация. Трябва да го изследваме и да потърсим живи организми там.
Английският глациолог Мартин Трантер също смята, че настоящата находка има астробиологични последици:
Откритието на авторите повдига въпроса дали микробите върху извънземните небесни тела под ледените плочи също могат да ядат седиментни скали, като например на Марс. Тази идея отново има повече сцепление.
Видео на WISSARD и работата in situ (първо видео).