Получение воды из камня: как жизнь выживает в экстремальных условиях

Изучая, как мельчайшие организмы в чилийской пустыне Атакама, одном из самых сухих мест на Земле, извлекают воду из камней, исследователи из Университета Джона Хопкинса, Калифорнийского университета в Ирвайне и Университета США в Риверсайде показали, как, несмотря ни на что, жизнь может существовать в экстремальных условиях.

Отчет о результатах исследований, опубликованных в этом месяце в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, показывает, как жизнь может процветать в местах без большого количества воды — в том числе на Марсе , который имеет среду, подобную Атакаме, — и как люди, живущие в засушливых регионах, могут когда-нибудь получить гидратацию из доступных минералов.

«Ученые долгое время подозревали, что микроорганизмы могут извлекать воду из минералов, но это первая демонстрация этого», — говорит Джоселин ДиРуджьеро, доцент биологии в Университете Джона Хопкинса и соавтор статьи.

«Это удивительная стратегия выживания для микроорганизмов, живущих на пределе сухости жизни, и она накладывает ограничения на наши поиски жизни в других местах».

Исследовательская группа сосредоточилась на Chroococcidiospsis, разновидности цианобактерий, встречающихся в пустынях по всему миру, и на гипсе, минерале на основе сульфата кальция, содержащем воду. Колонизирующие формы жизни существуют под тонким слоем камня, который дает им защиту от экстремальной температуры Атакамы, сокрушительных ветров и обжигающего солнца.

Ди Руджеро отправилась в отдаленную пустыню, чтобы собрать образцы гипса, которые она принесла в свою лабораторию, разрезать на маленькие кусочки, где можно было найти микроорганизмы, и отправить их Дэвиду Кисайлу, профессору материаловедения и инженерии в UCI, для анализа материалов.

В одном из самых поразительных результатов исследования исследователи узнали, что микроорганизмы изменяют саму природу породы, которую они занимают. Извлекая воду, они вызывают фазовое превращение материала — из гипса в ангидрит, обезвоженный минерал.

По словам Ди Руджеро, вдохновение для исследования пришло, когда Вэй Хуан, аспирант UCI в области материаловедения и инженерии, заметил данные, показывающие совпадение концентраций ангидрита и цианобактерий в образцах гипса, собранных в Атакаме.

Затем команда Ди Руджеро позволила организмам колонизировать полмиллиметровые кубы горных пород, называемые купонами, в двух разных условиях: один в присутствии воды, чтобы имитировать среду с высокой влажностью, а другой — полностью сухой. В присутствии влаги гипс не переходил в фазу ангидрита.

«Им не нужна вода из камня, они получают ее из своего окружения», — сказал Кисайл. «Но когда они оказались в стрессовых условиях, у микробов не было другого выбора, кроме как извлечь воду из гипса, вызывая это фазовое превращение в материале».

Команда Кисайлуса использовала комбинацию передовой микроскопии и спектроскопии для изучения взаимодействий между биологическими и геологическими аналогами, обнаружив, что организмы проникают в материал, как крошечные шахтеры, выделяя биопленку, содержащую органические кислоты, сказал Кисайлус.

Хуанг использовал модифицированный электронный микроскоп, оборудованный спектрометром комбинационного рассеяния, чтобы обнаружить, что организмы использовали кислоту для проникновения в породу в определенных кристаллографических направлениях — только в определенных плоскостях, где они могли бы легче получить доступ к воде, существующей между гранями ионов кальция и сульфата.

«Значит ли это, что на Марсе есть жизнь? Мы не можем сказать, но это дает нам представление о том, насколько хитрыми могут быть микроорганизмы», — говорит Ди Руджеро.

Источник