Древние бактерии эпохи динозавров дожили до наших дней

Некоторые микроорганизмы могут оставаться в живых невероятно долго, вплоть до четверти миллиарда лет. Как им удается избежать разрушений, которыми обычно сопровождается старение?

Определенные виды кораллов живут тысячи лет. Американские омары - не менее 140 лет. Одной черепахе удалось дожить до 250 лет. А старейшему животному на Земле - моллюску по кличке Мин - было 507 лет, когда ученые случайно убили его в процессе исследования.

Однако по сравнению с некоторыми существами, обитающими на Земле, эти создания - сущие младенцы. Старейшие земные организмы могут легко побить эти рекорды долгожительства, что весьма неплохо для форм жизни, которые можно увидеть только под микроскопом.

В самых холодных регионах Сибири, Антарктиды и Канады можно найти почву, постоянно находившуюся в замороженном состоянии на протяжении тысяч и даже миллионов лет. В толщах этой вечной мерзлоты обитают бактерии того же возраста, что и сам лед.

Ученым еще не удалось выяснить, как им удается сохранить способность к жизни. Однако некоторые считают, что, раскрыв их секреты, мы сможем найти ключ к бессмертию.

В 1979 году, работая на научно-исследовательской станции "Восток" в Антарктиде, российский ученый Сабит Абызов обнаружил в толще льда над подледным озером Восток бактерии, грибы и другие микроорганизмы, жившие на глубине 3600 метров.

Удивительно, но бактерии прекрасно чувствовали себя во льду, не таявшем на протяжении сотен тысяч лет.

Вряд ли бактерии могли оказаться в толще льда после его формирования, поэтому Абызов заключил, что возраст самих бактерий также должен достигать сотен тысяч лет. На тот момент они были старейшими из когда-либо обнаруженных организмов.

В 2007 году рекорд долгожительства был побит вновь. Эске Виллерслев и группа ученых из Копенгагенского университета совершили историческое открытие.

Глубоко под слоем вечной мерзлоты Антарктиды, Сибири и Канады они нашли живые бактерии, возраст которых достигал полумиллиона лет. Тогда ученым впервые удалось выделить ДНК из настолько древних, но все еще активных бактерий.

Всего два года спустя был обнаружен еще более старый микроорганизм. На этот раз его возраст составил 3,5 миллиона лет.

Российский ученый Анатолий Брушков извлек его изо льда в районе Мамонтовой горы в Якутии.

Позже он даже ввел себе клетки этой "бессмертной" бактерии, известной как Bacillus F, в надежде, что она способна продлить ему жизнь. Перед этим он испытал инактивированные клетки бактерии на мышах, плодовых мушках и клетках человеческой крови. Он заявляет, что с момента этой инъекции не болел гриппом уже два года.

Что же заставляет ученых думать, что бактерии, живущие в вечной мерзлоте, настолько древние?

Ведь можно предположить, что они просто потомки бактерий, попавших в лед тысячи или миллионы лет назад.

Ответ таков: в толще льда бактерии не имеют достаточно места для размножения. Даже если деление имело место, новым клеткам было бы некуда деться.

Если репродукция невозможна, то клетки микроорганизмов, найденные в вечной мерзлоте в наше время, должны быть клетками, вмерзшими в лед при наступлении ледникового периода.

Именно так ученые обосновывают спорное утверждение, что отдельные бактерии сумели прожить не менее 250 миллионов лет. Эти микроорганизмы были найдены внутри соляных кристаллов на глубине 600 метров при строительстве хранилища радиоактивных отходов в штате Нью-Мексико, США.

Если им действительно 250 миллионов лет, они должны были застать период появления на Земле первых динозавров.

Это открытие принадлежит ученому Расселу Вриланду из университета Вест Честер, Пенсильвания. Он говорит, что бактерия, получившая название "Virgibacillus штамма 2-9-3", очень схожа с современными бактериями Virgibacillus, обитающими в Мертвом море.

Извлеченные из кристаллов микробы, помещенные в пробирку с питательными веществами, ожили и начали развиваться.

Некоторые исследователи настаивают на том, что штамм 2-9-3 намного моложе 250 миллионов лет, объясняя это нарушением стерильных условий в лаборатории. Однако Вриланд твердо убежден в своей правоте. Он считает очевидным то, что эти бактерии оказались заточенными внутри кристалла.

"Они находились в кристаллах и были живы, - говорит Вриланд. - Вероятность того, что они попали в твердый кристалл извне, примерно равна нулю, а вероятность заражения равна одному на миллиард".

Более того, с тех пор в кристаллах соли было найдено много похожих бактерий.

Самое последнее открытие - это бактерии возрастом от 33 до 48 миллионов лет, обнаруженные в соляном озере в Центральном Китае. Тем не менее возраст ни одной из последних находок не приблизился к 250 миллионам лет.

Древние микроорганизмы, найденные в вечной мерзлоте и соляных кристаллах, находятся на грани выживания.

Лишенные способности размножаться из-за недостатка пространства, они направляют те крохи энергии, которые им удается получить, на поддержание жизни одной-единственной клетки.

"Бактерии не могли делиться внутри соляного кристалла из-за недостатка питательных веществ. Кроме того, они не смогли бы избавиться от токсичных отходов жизнедеятельности", - говорит Вриланд.

Нельзя не отметить, что сохранение жизни в течение миллионов лет - это невероятная способность. Как правило, ДНК и белки, отвечающие за реакции внутри живых клеток, под воздействием радиации разрушаются за довольно короткий период времени. В чем же заключается секрет бактерий, сумевших справиться с этой проблемой?

Некоторые ученые считают, что древние бактерии смогли бы прожить столь долгую жизнь только при наличии у них механизмов восстановления ДНК и клеточной структуры.

Но что именно представляют собой эти механизмы и как они функционируют в таких неблагоприятных условиях, остается неизвестным. Так, например, бактерии, находящиеся в вечной мерзлоте или соли, не имеют доступа к воде, необходимой для синтеза белков, участвующих в процессе восстановления клеток.

В настоящий момент при поддержке исследовательского института Howard Hughes Medical Institute Вриланд работает над определением последовательности генов штамма 2-9-3. Это позволит узнать больше о том, как они смогли прожить так долго.

В то же время у некоторых древних бактерий есть альтернативный долгосрочный план выживания. Они могут впадать в своеобразный "летаргический сон".

Нам известно, что в особо неблагоприятных условиях бактерии способны образовывать покоящиеся формы - споры. Споры схожи с семенами растений: вокруг уязвимой клетки формируется прочная оболочка.

Однако, в отличие от семян, споры обладают невероятной жизнеспособностью. Они могут пережить воздействие радиации, а также годами обходиться без воды и питательных веществ. Внутри оболочки микроб находится в совершенно инертном состоянии, но при улучшении условий он может вернуться к жизни.

Еще в 1995 году ученый Рауль Кано и его коллеги сумели оживить извлеченные из желудка древней пчелы бактериальные споры, которым было около 30 миллионов лет.

Пчела с бактериями внутри застряла в капле древесной смолы, позже превратившейся в янтарь.

Однако некоторые ученые считают, что одной только способности образовывать споры недостаточно для того, чтобы прожить 250 миллионов лет. По их мнению, за такой долгий период их ДНК неизбежно бы разрушилась.

ДНК подвергается пагубному воздействию космического излучения с высокой энергией, солнечного излучения в форме гамма-лучей и ультрафиолетовых лучей, а также излучению, возникающему в результате самопроизвольного распада атомных ядер.

Пол Фальковски из Рутгерского университета США провел эксперимент с использованием пяти образцов льда, возраст которого насчитывал от 100 000 до 8 миллионов лет.

Лед был извлечен в Антарктиде, в долине Бикон и долине Маллинса. Вместе с группой коллег он попытался культивировать микроорганизмы, находившиеся во льду. Он обнаружил, что чем древнее был лед, тем короче были участки ДНК внутри него, и тем меньшее количество бактерий можно было оживить. Другими словами, с течением времени ДНК неуклонно разрушается.

Фальковски удалось культивировать микроорганизмы из фрагмента льда возрастом два миллиона лет. Он подсчитал, что по прошествии 1,1 миллиона лет разрушилась половина изначальной ДНК.

"Можно предположить, что с учетом интенсивности излучения на полюсах бактерии проживут не более двух-трех миллионов лет", - говорит Фальковски.

"Всего пара попаданий космических лучей - и все, им конец. В течение короткого периода времени вероятность попадания очень низкая. Но когда мы говорим о миллионах лет, это обязательно случится.

Это явление можно сравнить с молнией: за миллионы лет она попадала практически в каждую точку на Земле, несмотря на то, что вероятность ее попадания в определенное место за короткий отрезок времени очень низкая".

Тем не менее Вриланд не теряет веры в то, что в подходящих условиях бактерии могут прожить намного дольше, чем показывают эксперименты Фальковски.

"Кислород в соляной кристалл не попадает, поэтому отсутствует окисление, - говорит он. - Кроме того, бактерии находятся на такой глубине, куда не проникают ультрафиолетовые лучи".

Вриланд также отмечает, что при образовании спор вокруг молекулы ДНК образуется плотная оболочка, что делает ее менее досягаемой для излучения. Кроме того, сам соляной кристалл защищает бактерии от радиоактивного излучения, преграждая доступ тяжелым металлам.

Это означает, что единственным потенциальным источником радиоактивного излучения является калий-40 - радиоактивный изотоп калия с периодом полураспада, равным 1,25 миллиарда лет. Следовательно, вероятность того, что калий-40 будет испускать излучение, очень низка.

Наконец, в соляных кристаллах отсутствует вода, а это способствует укреплению химических связей в молекулах ДНК. Другими словами, ее становится труднее разрушить.

"В результате исследований мы выяснили, что в соляном кристалле для полного разрушения ДНК нужно в 1000 раз больше "ударов" по ДНК, чем в обычных условиях", - говорит Вриланд.

"Учитывая все эти факторы, можно прийти к выводу, что кристаллы обеспечивают очень надежную защиту".

Какое же значение имеет способность отдельных бактерий выживать в течение многих миллионов лет?

Если покоящиеся формы бактерий могут сохранять жизнь на протяжении миллионов лет, нельзя исключать вероятность того, что клетки или ДНК впервые появились на другой планете в другой галактике и были занесены на Землю кометой или астероидом.

В конце концов, ближайшая к нашему Млечному Пути галактика - галактика Андромеды - находится всего в 2-3 миллионах световых лет. Для бактерии, живущей 250 миллионов лет, это расстояние вполне преодолимо.

Работа Вриланда также свидетельствует в пользу идеи о том, что на Марсе может существовать жизнь, ведь в марсианских метеоритах была обнаружена соль.

В то же время организмы-долгожители могут представлять угрозу для населения Земли. Нельзя исключать, что во льду могли остаться патогенные бактерии или вирусы. Так, например, подобный вирус был обнаружен в 2014 году в сибирской вечной мерзлоте, возраст которой не менее 30 000 лет, на глубине 30 метров.

Этот древний "гигантский" (до 1,5 мкм в длину) вирус под названием Pithovirus sibericum можно увидеть в обычный микроскоп. В лабораторных условиях ученым удалось оживить его и восстановить его патогенные свойства. Этот вирус не опасен для людей, так как поражает только одноклеточных амеб.

Однако исследователи считают, что в сибирской вечной мерзлоте могут находиться микроорганизмы, способные вызывать заболевания и у человека.

Не исключено, что они смогут вернуться к жизни, когда растает лед. К примеру, это могут быть древние формы оспы.

Однако не все опасные для человека вирусы смогут выжить во льду. Грипп и ВИЧ, имеющие липидную оболочку, более хрупкие, чем вирусы с белковой оболочкой.

Так или иначе, эти исследования могут послужить предупреждением для человечества.

Несмотря на свой небольшой размер, главные долгожители на нашей планете могут оказать на современный мир огромное влияние.