8 Июня 2018

Экстремофилы – жизнь возможна в любых природных условиях

Опубликовал augonsedai

На нашей планете есть такие области, жизнь в которых кажется невозможной. Сильнейшая жара, лютый холод, высокое давление, отсутствие питательных веществ, высокая концентрация кислот и щелочей – все эти условия кажутся невозможными для существования жизни. Однако есть множество живых существ, которые прекрасно себя чувствуют в подобных условиях. Общее название всех живых организмов, живущих в сверхтяжелых условиях – экстремофилы, и о них мы расскажем в этой статье.

Ценность экстремофилов для науки

Подавляющее большинство экстремофилов являются простейшими одноклеточными, такими как археи или бактерии. Но помимо них есть ряд более крупных животных, вплоть до позвоночных, которые могут жить в среде непригодной для обитания большинства живых существ.

Крупные животные используют агрессивную окружающую среду как защитный механизм, благодаря которому хищники попросту не могут до них добраться. Например, розовые фламинго приспособились к горячим щелочным озерам Великой рифтовой долины в Кении. Вода из этих водоемов способна быстро разъесть кожу местных животных. А ороговевшая кожа на ногах фламинго, полностью защищает птиц от щелочи. Питаются местные фламинго еще одними экстремофилами – мелкими рачками, которые также не боятся горячей едкой воды.

Микроскопические экстремофилы, такие как бактерии и археи, представляют большой интерес для науки. Исследование этих живых организмов позволит более точно выяснить, как зарождалась жизнь на нашей планете. Профессор Пенелопа Бостон, руководящая Институтом астробилогии при NASA, рассказала о находке в глубинных пещерах Найка. В них преобладает кислотная среда, высокая температура 40-60 С0 и повышена влажность. Само по себе место сложное для выживания. Но главное открытие ждало ученых внутри больших кристаллов – там, в спящем виде, сохранились микробы, возраст которых оценивают в 50 000 лет. Микроорганизмы получилось оживить в лабораторных условиях. При этом выяснилось, что найденные экстремофиллы не имеют генетических родственников среди известных науке бактерий и архей. Их изучение наглядно покажет, как эволюционировали микроорганизмы за 50 000 лет.

Очень важно исследование экстремофилов для космических программ. Например, доктор Микаэла Мусилова специалист по экстремофилам лаборатории реактивного движения NASA рассказала насколько важно исследование подобных микроорганизмов для освоения космоса. Ученые тщательно стерилизуют помещения, в которых готовят космические аппараты, зонды и планетоходы к запуску. Но попытки уничтожить микроорганизмы привели к мутациям и появлению новых видов экстремофилов, способных пережить любую стерилизацию. И учитывая живучесть этих микробов, теперь у исследователей нет полной уверенности, что марсианские миссии не занесли земную жизнь на красную планету.

Также NASA проводит исследование бактерий и архей, которые живут в повышенном радиационном фоне или в высокотоксичных средах. Цели изучения:

  • Понять защитные механизмы этих микроорганизмов и на их основании создать защитные скафандры.
  • Использовать устойчивость экстремофилов к радиации для облегчения прохождения лучевой терапии раковыми больными.
  • Очищение техногенных загрязнений (ядерные и токсичные отходы) с помощью бактерий, перерабатывающих отходы и создавая безвредные соединения. Применение такой биотехнологии в перспективе в разы снизит затраты, по сравнению с современной технологией утилизации с помощью роботов.

Помимо NASA исследованиями экстермофильных микроорганизмов занимаются в МФТИ в специализированной лаборатории под руководством Валентина Борщевского. Ученые хотят подтвердить или опровергнуть теорию о том, что жизнь на Землю была занесена из космоса. Также исследуется возможность ликвидации нефтяных пятен с помощью микробов, питающихся нефтепродуктами.

Самые необычные экстремофилы

Наиболее живучими созданиями являются микроорганизмы, но и более крупные животные способны удивить своим умением жить во враждебных средах. И о самых любопытных из них мы расскажем ниже:

Артемии

Маленькие рачки, способные жить в воде с высокой концентрацией соли. Этих маленьких существ можно встретить в соленых озерах, соляных болотах и морях. Выживание обеспечивают уникальные жабры, поглощающие и продуцирующие ионы, одновременно с этим являющиеся органами выделения. Артемии размножаются половым и бесполым способом, что дополнительно обеспечивает выживание популяции.

Муравьи-бегунки

Необычный вид муравьев, освоивший жизнь в пустыне. Обитать там так же комфортно, как на сковородке – температура воздуха достигает 50 С0, а песок нагревается до 80 С0. Стоять на одном месте без ожогов просто нереально, поэтому муравьям приходиться всё время очень быстро бегать. На бегу насекомые успевают собирать высушенные останки насекомых и паукообразных и уносят в свои хранилища. Особо оригинально бегунки решили вопрос с обеспечением муравейника водой. Рабочие, с особым строением брюшка, в сезон дождей выпивают столько воды, что превращаются в раздутые полупрозрачные шарики. Ходить они после не могут, и другие муравьи транспортируют обпившихся собратьев в склад муравейника. Когда приходит жара, муравьи отдают воду на нужды колонии и возвращаются к прежним размерам.

Сибирский углозуб

Этот вид тритонов любит холод и не переносит теплую погоду. Слабость этого земноводного в том, что уже при температуре 27 C0 углозуб может погибнуть от перегрева. Главная особенность этих тритонов в удивительной способности переносить низкие температуры. Тритон укладывается в спячку в период с августа по ноябрь. Он находит тихое местечко и засыпает. При этом углозуб может вмерзнуть в лед, а весной оттаять без вреда для здоровья. Ученых заинтересовала эта особенность организма земноводных. В лабораториях создавались условия с температурой от -35 до -40 С0 и тритоны легко переносили такой мороз. Рекордсменом по замораживанию является экземпляр, которого извлекли из вечной мерзлоты. После того, как тритон оттаял, он начал жить нормальной жизнью. Впоследствии ученые установили радиоуглеродным методом, что животное пробыло вмороженным в лёд от 90 до 115 лет!

Нефтяные мухи

Не только простейшие организмы способны питаться нефтью. На калифорнийских битумных озерах возле ранчо Ла-Брея обнаружили вид мух, которые живут в нефти и даже питаются ею. Личинки мух плавают у самой поверхности, дыша через нефтяную пленку с помощью особых дыхалец. Само по себе битумное озеро является прекрасной защитой от хищников для личинок, а взрослым особям выступает в качестве источника пищи. Мухи питаются попавшими в нефтяную ловушку насекомыми и самой нефтью. Исследователи находили экземпляры, желудок которых был полностью заполнен «черным золотом».

Помпейский червь

Это существо способно жить там, где другие животные сварились бы заживо. Это глубоководный многощетинковый червь, длинной 13 см, живущий в гидротермальных источниках, которые называют «черными курильщиками». Впервые колонию этих червей нашли в 80-х годах прошлого века на дне Тихого Океана, вблизи Галапагосских островов. Червь прячет тело внутри трубчатой структуры «курильщика» - там температура достигает 80 С0. А голову высовывает в более прохладный слой воды с температурой 27 С0. Такая устойчивость обеспечена симбиотической связью. Кожа червя выделяет слизь, в которой сселяться и питаются бактерии, обеспечивающие защиту от перегрева.

Гусеница Gynaephora

Еще один организм, прекрасно чувствующий себя в холоде. Водится эта гусеница в самых холодных местах Канады и Гренландии. Это существо способно находиться в спячке при температуре – 70 С0! Гусеница в конце лета начинает синтезировать глицерин и бетаин, которые не дают внутриклеточной жидкости превратиться в лёд. Экстремальные условия отразились на длительности жизненного цикла. Большинство мотыльков проходят путь превращений от яйца до взрослой особи за месяц. А представители этого вида развиваются до финальной стадии за срок от 7-и до 14-и лет, в зависимости от климатических условий. Так происходит потому, что гусенице приходится проводить почти весь год в спячке и только на 5% времени годового цикла она просыпается, чтобы наесться для следующего периода сна.

Тихоходка – абсолютный чемпион по выживанию

Это микроскопическое животное называют «водным медведем». Тихоходку  называют единственным существом, которое способно пережить апокалипсис и спокойно жить дальше. Впервые это удивительное существо описал немецкий зоолог Иоганн Август Гёце в 1773 году. С его легкой руки и закрепилось название «водяной медведь». Официальное название Tardigrada, переводимое как «тихоходка» было дано за крайнюю неторопливость передвижения – в минуту «мишка» проходит всего 2 мм.

В процессе исследований тихоходка с каждым годом удивляла ученых своей выносливостью всё сильнее. Первое открытие было связанно с умением впадать в анабиоз на 30 лет, а возможно и более – просто в лабораторных условиях дольше заснувших тихоходок не содержали. Засыпая, тихоходка высушивает своё тело, покрывается восковой оболочкой и может находиться в таком состоянии до наступления благоприятных условий. Дальнейшие исследования привели научный мир в шок:

  • Доза радиации в 570 000 бэр смертельна только для половины облученных тихоходок. При этом человеку хватает 500 бэр для летального исхода.
  • Водные медведи способны жить в температурном диапазоне от -272 до +150 С0.
  • Спокойно живут в углекислом газе и сероводороде.
  • Японские исследователи экспериментальным путем доказали, что тихоходкам не страшно давление в 6 000 атмосфер (600 МПа). Это давление в 6 раз большее, чем на дне Марианской впадины.
  • Шведские ученые выводили тихоходок на 10 дней в открытый космос, где они подвергались воздействию жесткого ультрафиолета и космической радиации. Часть подопытных выжила и осталась способна размножаться.

Исследование этих существ помогут людям повысить собственную возможность выживать в экстремальных условиях.