Микробы в глубоководных вулканах помогают изучать раннюю жизнь на Земле и за её пределами

Учёные полагают, что глубокие солёные океаны под ледяной корой спутников, таких как Европа (Юпитер) и Энцелад (Сатурн), могут быть обитаемы. Нагреваемые подводными вулканами, они могут содержать необходимые для жизни химические вещества.

Аналогичные глубоководные вулканы (гидротермальные источники) на Земле поддерживают микробную жизнь внутри твёрдых пород без солнечного света и кислорода. Некоторые из этих микробов, термофилы, живут при температурах, достаточных для кипения воды на поверхности, и питаются химическими веществами из активных вулканов.

Поскольку такие микроорганизмы существовали до появления фотосинтеза и кислорода на Земле, учёные считают, что эти среды могут напоминать самые ранние места обитания жизни на Земле и за её пределами.

Изучение земных аналогов

Чтобы интерпретировать данные с космических аппаратов (например, Cassini, Galileo, Juno, Europa Clipper), изучающих спутники планет, планетологам необходимо понять, как функционируют похожие среды обитания на Земле.

Лаборатория микробиологии Университета Массачусетса в Амхерсте изучает термофилов из горячих источников гидротермальных систем.

Сбор образцов

Образцы пород и нагретых гидротермальных флюидов (до 350°C или 662°F) собирают с морского дна с помощью пилотируемых или дистанционно управляемых подводных аппаратов. В порах и трещинах пород горячие флюиды смешиваются с холодной морской водой, создавая идеальные температурные и химические условия для жизни термофилов.

Учёные сразу на корабле анализируют химический состав, минералы и органический материал (например, ДНК) в образцах и культивируют живых микробов.

Эксперименты в лаборатории

В лаборатории микробы выращивают в условиях, имитирующих природные: в синтетическом гидротермальном флюиде без кислорода, при контролируемой температуре, питая их вулканическими химическими веществами (водород, CO₂, сера, железо).

Исследователи измеряют способность микробов производить соединения (метан, сероводород, минерал магнетит) и ищут их отличительные химические сигналы, которые могли бы обнаружить космические аппараты.

Также создаются компьютерные модели роста и конкуренции этих организмов, которые можно применять к условиям ранней Земли или океанических миров.

Практическое применение термофилов

Белок ДНК-полимераза, впервые выделенный из термофильной бактерии Thermus aquaticus в 1976 году, стал ключевым для метода ПЦР (полимеразной цепной реакции). Это вело к прорывам в секвенировании геномов, клинической диагностике, криминалистике и генной инженерии.

Термофилы также исследуются для переработки отходов (например, молочной сыворотки, сточных вод пивоварен) с производством полезных продуктов, таких как биоводород — потенциальный источник энергии.

Гидротермальные источники — одни из самых необычных сред на Земле, являющиеся окном в понимание первых форм жизни на нашей планете и возможной жизни за её пределами.