Найдены первые многоклеточные представители глубинной биосферы
В пробах из глубоких скважин в рудниках Южной Африки ученые обнаружили многоклеточных животных. Это оказались представители нематод — червей, обладающих широчайшим спектром адаптаций. В подземной биосфере, существующей на глубине до 1,7 км (а более вероятно, и большей), они приспособились к жизни в анаэробных условиях с высоким содержанием сульфидов при температуре 31–46°C и при высоких давлениях. Плотность червей очень низка — один экземпляр на 15 кубометров воды, вероятно, из-за этого они перешли на бесполое размножение. Это первая находка многоклеточных животных, освоивших экзотические глубинные местообитания.
Жизнь на планете Земля исключительно разнообразна, живые существа могут приспосабливаться к широчайшему спектру земных условий, в том числе и к самым экстремальным. Глубоководные желобы с колоссальными давлениями, черные курильщики с перегретой водой, антарктические льды и атмосферные облака, озёра кислоты и соды... Открытие глубинных биосфер, тех, что существуют на глубинах больше 500 метров под земной поверхностью, лишь подтвердило всемогущество живых организмов.
Условия жизни в глубоких слоях осадочного чехла далеки от идеальных с точки зрения поверхностного жителя: температура от 100 до 60°C, высокие давления, отсутствие кислорода или следовые его количества. Тем не менее бактериальная жизнь в этих условиях неожиданно оказалась весьма богатой: ее составляют гетеротрофные и автотрофные бактерии, в основном метаногены, археи и эубактерии (см. подборку статей на «Элементах»: Под дном океана обитают главным образом археи, На глубине 1626 м под уровнем морского дна обнаружена богатая микробная жизнь, Обитатели земных недр не нуждаются в солнечном свете). Общая биомасса глубинных бактерий составляет 2/3 всей земной биомассы, разнообразие их не меньше, чем поверхностных микроорганизмов.
Исследования глубинной жизни стартовало совсем недавно, два десятка лет назад, поэтому очевидно, что эта область должна приподнести множество открытий. Так, ученые из лабораторий Норвегии (Бергенский университет), Бельгии (Гентский университет), ЮАР (Университет Фри-Стейт), Нидерландов (Университет в Вагенингене) работали на материале из глубоких шахт Южной Африки. Они брали пробы трещинной воды в скважинах на нижних уровнях шахт. Эти пробы содержали не только микроорганизмы, но и, как это ни удивительно, многоклеточных животных. Инфернальными рекордсменами среди животных оказались нематоды.
На сегодняшний день известно не слишком много эукариот, приспособившихся к глубоким подповерхностным слоям. Из скважин Южной Каролины с глубины 200 м описаны водоросли, грибы, амебы и жгутиконосцы; также скважинный материал из Швеции подтвердил способность грибов существовать в слоях на глубине 200–450 м. Но многоклеточных животных в глубинных биосферах пока не находили.
Ученые анализировали 6 скважин: в сумме было исследовано 22 пробы трещинной воды и 18 проб грунта в камерах вокруг скважин. Глубины взятия проб варьировали от 500 м до 3,6 км. В трех скважинах из шести были обнаружены нематоды, принадлежащие 3–4 видам. Живые экземпляры нематод подняли с глубин 0,9, 1,3 и 1,7 км, а в пробах с глубины 3,6 км выделили нематодную ДНК. В грунте шахтных камер, где располагались скважины, были найдены совсем другие нематоды, а в шахтных водах вообще нематод не обнаружили. Этот факт, вместе с тщательностью сбора материала, убедил ученых, что нематоды из проб трещинной воды — коренные жители глубин. Плотность нематод в трещинных водах, по подсчетам ученых, мизерная — один экземпляр на 15 кубометров воды.
Один из четырех видов ранее не был известен науке, ученые назвали его Halicephalobus mephisto — по имени знаменитого фаустовского Мефистофеля, повелителя подземного царства. До господства подобно мефистофельскому новой нематоде, конечно, далеко, но благополучно существовать и успешно питаться и размножаться она способна. Размножается новый вид бесполо. Кстати, другой вид, Plectus aquatilis, также размножался партеногенетически. Видно, в условиях низкой плотности жизни этот способ размножения наиболее эффективный.
Питаются нематоды бактериальными нарастаниями. Биомасса бактерий в отличие от самих нематод достаточно высока, так что пищи червям хватает. Интересно, что при культивировании нематод ученые предлагали им в качестве пищи E. coli и микрофлору из проб воды. На чистой E. coli нематоды росли очень плохо, голодали, судя по содержимому их кишечника. Ученые предположили, что они приспособлены к особой диете, основанной на бактериях из «родных» глубин.
Эти подземные животные приспособились к анаэробной (вернее, низкокислородной, так как кислород в мизерных количествах там всё же присутствует) жизни, сравнительно высоким температурам — 31–46°C и высочайшему давлению. Так что не только одноклеточная, но и многоклеточная организация жизни в принципе умеет приспосабливаться к экстремальным земным условиям.
Источник: G. Borgonie, A. García-Moyano, D. Litthauer, W. Bert, A. Bester, E. van Heerden, C. Möller, M. Erasmus, T. C. Onstott. Nematoda from the terrestrial deep subsurface of South Africa // Nature. 2011. V. 474. P. 79–82.
Елена Наймарк
-
-
-
Но ведь это очень странно! Под землёй, без кислорода, без солнца -- больше биомассы, чем в тепличных условиях под водой?
Либо плотность должна быть больше, либо площадь. Но площадь океанов больше. Значит, под землёй больше плотность. Ну уж точно не в сверхглубоких шахтах.
Наверное, какая-нибудь перегнойная почва даёт максимальный вклад? И всё равно кажется невероятным!
-
-
-
Тут проблема в том, что возникла жизнь в иных условиях - а к экстремальным условиям приспособилась позднее.
-
На самом деле это не та проблема, которая непреодолима. Во первых это означает что уже возникшей жизнью можно заселить допустим необитаемые экстремальные миры. А во вторых условия 60-100 град и давление десятки атмосфер не препятствие для начальных этапов абиогенеза, т.е. формально до этапов протоклетки в таких условиях можно дойти.
-
-
Да работа тщательная и красивая. Еще хочется вспомнить интересную работу про полностью независиые бактерии из подземного озера, которым не требуется никаких иных продуцентов для развития. В настоящее время большинство бактерий для жизни используют те или иные продукты метаболиизма других одноклеточных поскольку не имеют собственного аппарата для их производства. Открытые бактерии из озера использовали только энергию распада и неорганические вещества. Насколько помню они прошли через серию бутылочных горлышек и заимствовали гены от других типов бактерий и архей для воссоздания полного цикла внутри себя. Так что подземные экосистемы кроют в себе немало удивительных открытий, будем с интересом следить.
Хотя тут тоже меня удивляет, что наземных больше, чем водных! Чудеса! :)
-
Да, до недавнего времени предполагалось, что основная биомасса (т.е. масса ЖИВЫХ организмов) - это растительность суши (хотя строго говоря в стволах деревьев не вся ткань живая). Затем в 1990-х годах появились работы Гоулда (см. о нем в Википедии: Thomas Gold) о так называемой "глубинной горячей биосфере". Идея такая - бактерии есть в порах поверхностных пород до довольно большой глубины и хотя плотность популяций крайне низкая, в сумме бактерий получается очень много просто потому, что населяют они огромное пространство. Многие микробиологи (в том числе и наши) относились к этим расчетам Гоулда скептически, но то, что в верхних слоях земной толщи могут жить бактерии, никто не отрицал. Последние данные, в том числе и отраженные на ЭЛЕМЕНТАХ (ссылки приведены в заметке Е.Наймарк), свидетельствуют, что и под дном океана и на суше - бактерий, населяющих поровые пространства горных пород, более, чем достаточно. Поэтому ничего нет удивительного в таких цифрах.
-
Вы можете сомневаться и в том, что Земля круглая. А кости динозавров и не надо глодать. Эти бактерии - хемолитоавтотрофы. Они получают энергию за счёт окисления неорганических веществ (например, водорода), а углерод из СО2. Они существуют на потоке восстановленных веществ, идущих из глубины...
-
Пример "очеловеченого" подземного биогенеза. В Средней Азии (между Каракумским каналом и Сыр-Дарьей) сплошные пески, не только вширь, но и в глубь.Для добычи воды бурят скважины метров на 70-150. В новой сважине вода практически стерильна. Но стоит поломаться насосу или ветер выдует песок из-под опор л.электропередачи - и через две недели вода приобретает запах тины. Через три-шесть месяцев простоя вода уже не поступает через водорослевый мат, но сважину продувают воздухом 15-20 атм, и воду используют на полив или скоту. Два года простоя делают скважину непробиваемой ("заилилась"), в 20 метрах бурят новую - и вновь чистейшая вода. За десятилетия у поселков появляется штук пять таких "мертвецов".
И методика отбора проб ни при чем.Шахта прорезала ареал обитания будущих "мефисто" где-нибудь на глубине 25 м, и они шли всед за СТРОИТЕЛЯМИ шахты, а не эксплутационниками, а потом проникли и в прилегающие полости, разгруженые от гидростатики той же шахтой. А вентиляция? 1,5 атм при 20% кислорода - тут и на бензине можно жить, не то что на сульфатах и сульфитах.
Что касается шведских и австрийских скважин, то не зная их возраста, количества ремонтов и промывок, о биологии подземелий говорить просто нет смысла.-
Будьте добры, прочитайте внимательно методику работы (повторю, она в открытом доступе), где и как располагаются скважины, как их бурят, в какой момент открываются клапаны, как отбирают пробы и под каким давлением. А потом будем предметно обсуждать грамотные вопросы и обдумывать грамотные ответы. Иначе получается ерунда какая-то, Ваши примеры не имеют НИКАКОГО отношения к работе.
-
Комментарий имеет отношение к работе, это очевидно. Ответ таков, что чтобы доказать уникальность вновь обнаруженного вида, они изучили 100 граммов почвы из различных близлежащих источников. Полагая, что в почве концентрация червей много больше, чем в изучаемой воде, авторы решили, что этого достаточно, чтобы таки встретить тот же вид, если он не уникален для скажинной среды обитания. На самом деле, "хотите верьте, хотите - нет". На мой взгляд, утверждение "мы проверили" больше подстать авторитетному типу мышления, чем доказательному. С таким же успехом можно по аналогии сказать, что раньше безуспешно искали новый вид, значит и вы найти не могли. С другой стороны, авторы - не специалисты по бурению, поэтому работали с теми шахтами, которые были для них доступны. Грязи там много, и антисептик от нее в скважинной воде тоже был.
-
-
-
-
Разве не может тут действовать эффект селекции? Скважины ведь бурят не случайно по всей земле, а выборочно, под действием каких-то критериев. Если бактерии следуют тому же критерию, то каждая шахта будет "видеть" много бактерии, хотя в целом их будет немного.
-
Шахты, естественно, располагаются там, где есть полезные ископаемые и побольше. Иначе незачем бурить. Вы правы относительно того, что в местах залегания крупных рудных полезных ископаемых обитают определенные виды бактерий, приспособленные к хемосинтезу именно на основе этих геохимических образований. Но в другом месте их будет может и не меньше, но уже других видов, выбравших соответствующие геохимические субстраты. Хотя и общих видов тоже найдется немало.
-
А до обнаружения этих многоклеточных, находили на подобных глубинах всё больше одноклеточных? Неужели это первая находка многоклеточных на подобных глубинах? Ау, зоологи! :)
Последние новости
