Биологические чудеса морского дна: от генов до коммерческих продуктов и рисков

Тысячи генов глубоководных морских организмов используются для создания новых коммерческих продуктов — от фармацевтических препаратов до косметики. Гены — это сегменты ДНК, содержащие инструкции для создания молекул, необходимых для структуры и функционирования живых организмов.

Биопроспектинг — поиск и открытие потенциальных продуктов от животных, растений и микробов — может служить менее разрушительной альтернативой глубоководной добыче полезных ископаемых.

Все крупнейшие компании, использующие морские гены, в той или иной степени получают их от глубоководных организмов. Глубоководные животные обладают уникальными генами, позволяющими им жить в экстремальных условиях: сильном холоде, сокрушительном давлении и полной темноте.

Что это за организмы?

Большинство — микробы, эволюционировавшие миллионы лет для жизни в экстремальных условиях. Среди самых уникально адаптированных — организмы вокруг гидротермальных источников, где богатая минералами морская вода, перегретая магмой, извергается из трещин на дне океана.

Ценность глубоководных ферментов

Глубоководные ферменты — молекулы, кодируемые генами организмов, живущих в экстремальных условиях, — стабильны там, где другие ферменты не функционируют. Их способность катализировать химические реакции под высоким давлением и в широком диапазоне температур делает их коммерчески ценными для производства промышленных и потребительских товаров: лекарств, продуктов питания, моющих средств и биотоплива.

Примеры биопроспектинга

• Бактерия из солёных местообитаний, изолированная из морских отложений на глубине 1050 метров у хребта Ихея (Япония). Её фермент усиливает преобразование сельскохозяйственных отходов в глюкозу, помогая расщеплять целлюлозу. Это ключевой шаг для превращения биомассы в этанол — возобновляемое биотопливо.
• Фермент из бактерии, существующей при экстремально высоких температурах, оказался высокоэффективным для полного удаления лактозы из молока.
• Глубоководный червь, собранный на глубине 2625 метров у гидротермального источника в Восточно-Тихоокеанском поднятии. Он содержал бактерию, производящую молекулу, использованную для разработки крема для кожи (защищает от повреждений солнцем и загрязнением). Способность этой бактерии жить при температуре выше 100°C также сделала её модельным организмом для решения проблемы перегрева малых спутников на орбите Земли.

Это лишь несколько примеров из более 16 000 белков, полученных от глубоководных видов и используемых в технологиях.

Потенциал для инноваций от глубоководных видов ещё не изучен полностью. По состоянию на 2024 год картографирована только четверть морского дна, и большинство глубоководных видов остаются неоткрытыми.

Угрозы от глубоководной добычи

Роль глубоководной жизни в функционировании систем Земли может быть гораздо важнее, чем считалось ранее.

Исследователи недавно обнаружили необычно высокую концентрацию кислорода на морском дне в Тихом океане — «тёмный кислород». Он может производиться электролизом — когда электрический ток разделяет воду на водород и кислород.

Источник электрического заряда на дне океана, возможно, — поверхности полиметаллических конкреций (каменистых образований из различных металлов). Взаимодействуя с морской водой, они могут создавать разность электрических потенциалов. Формирование этих металлов зависит от активности микробов, живущих на них, что, в свою очередь, влияет на химические свойства окружающей среды. Производство тёмного кислорода может быть жизненно важным для дыхания других видов в океане, где нет солнечного света.

К сожалению, глубоководные экосистемы находятся под угрозой из-за добычи полезных ископаемых на морском дне. Полиметаллические конкреции рассматриваются как потенциальный источник марганца, никеля и редкоземельных элементов — материалов для электроники и компьютеров. Зона Кларион-Клиппертон в Тихом океане, где недавно обнаружили тёмный кислород, уже разделена на 16 горнодобывающих участков.

Исследователи и активисты предупреждают, что глубоководная добыча может нанести серьёзный ущерб морским экосистемам, и отмечают отсутствие научного консенсуса о долгосрочных последствиях этих операций. Будучи нарушенными, эти экосистемы и их эволюционная история могут быть утеряны навсегда.

Международный орган по морскому дну (МОМД) контролирует управление горнодобывающей деятельностью в международных водах. Хотя он ещё не санкционировал коммерческую добычу, его критикуют за якобы игнорирование экологических проблем. Недавние выборы нового Генерального секретаря МОМД, Летисии Карвалью, дают возможность защитить жизненно важные районы мирового океана, имеющие решающее значение как для природы, так и для благополучия человека.

Необходимо переосмыслить истинную ценность глубоководных районов и задуматься о том, что может означать их потеря для всего мира.