Убивает всё живое, но стал уютным домом экстремофилов: как синий ил раскрывает секрет зарождения жизни

Глубины океана кажутся враждебным местом для жизни: чудовищное давление, почти полная темнота, мало питательных веществ. А на дне близ Марианской впадины к этому добавляется ещё и экстремальная щёлочность — pH около 12, как у бытового очистителя труб. И всё же в этой "химической едкости" живут микробы, которые не просто выживают, а оставляют биосигнатуры, способные подсказать, как могла зародиться жизнь на ранней Земле.

Экстремальная "синяя слизь" у Марианской впадины

Исследователи изучали два недавно обнаруженных грязевых вулкана у Марианской впадины на глубине почти 3000 метров. В 2022 году с борта научно-исследовательского судна Sonne SO292/2 они подняли девять кернов осадков, из которых два оказались особенно необычными: плотный, поразительно синий серпентинитовый ил с включениями брусита и экстремально высоким pH ≈ 12.

Такой "раствор" способен вызвать химические ожоги кожи, а питательных веществ в нём минимум. Тем не менее, анализ показал, что в этих слоях всё ещё живут микроскопические организмы-экстремофилы. Они заселяют серпентинитовый ил, где морская вода лишь частично успевает изменить минералы и обесцветить осадки по мере приближения к поверхности дна.

"Просто невероятно интересно получить представление о такой среде обитания микроорганизмов, поскольку мы подозреваем, что изначальная жизнь могла зародиться именно в таких местах", — говорит органический геохимик из Бременского университета Флоренс Шуботц.

Что нашли в голубом иле

Геолог Палаш Кумават и его коллеги искали не сами клетки, а следы их присутствия — молекулы жиров из мембран бактерий и архей. Это первая линия обороны микробов против агрессивной внешней среды: именно мембрана должна выдержать сильную щёлочь, высокую солёность и нехватку органики.

В глубоких слоях серпентинита исследователи обнаружили практически нетронутые липиды. Это означает, что микробные сообщества не просто существовали там когда-то, а продолжают бороться за выживание прямо сейчас. Сравнение с верхними, более "обычными" пелагическими осадками океанического дна показало резкую смену типов организмов при переходе к серпентинитовому илу.

"Удивительно в этих результатах то, что жизнь в таких экстремальных условиях, как высокий уровень pH и низкая концентрация органического углерода, вообще возможна", — говорит органический геохимик из Бременского университета Флоренс Шуботц.

По оценкам, жизнь под морским дном может составлять до 15% всей биомассы Земли, но мы знаем о ней очень мало. Такие находки заставляют пересматривать представления о границах возможного и о том, какими были первые экосистемы планеты.

Сравнение: обычное морское дно и серпентинитовый ил

А что если…

А что если именно такие экстремальные системы — сильнощелочные, богатые минералами, но бедные органикой — были одними из первых "инкубаторов" жизни на Земле? В раннем океане гидротермальные и грязевые вулканы могли создавать зоны, где минералы вроде серпентинита генерировали химические градиенты и энергию, а микроскопические поры и трещины служили естественными "реакторами".

Плюсы и минусы жизни в экстремальных нишах

Ошибка → Последствие → Альтернатива

Ошибка: ограничивать поиски внеземной жизни только "землеподобными" условиями.

Последствие: сужение круга потенциально обитаемых миров до планет с мягким климатом и нейтральной водой.

Альтернатива: расширять сценарии до океанических миров с гидротермальными и серпентинитовыми системами.

FAQ

Как микробы вообще выдерживают pH 12?

Экстремофильные бактерии и археи модифицируют состав своих мембран, поддерживают внутренний pH на более мягком уровне и используют специальные белковые насосы, чтобы не дать щёлочи разрушить клетку. Обнаруженные липиды как раз и являются частью этой защитной системы.

Зачем изучать такие труднодоступные места?

Они помогают понять границы возможного для жизни, уточняют модели происхождения первых организмов и расширяют круг условий, в которых мы можем искать жизнь на других планетах и спутниках.

Возможно ли применить эти знания на практике?

Изучение экстремофилов даёт идеи для биотехнологий: ферменты, устойчивые к щёлочи, новые биоматериалы, методы очистки воды и работы с агрессивными средами, а также новые сенсоры для глубоководных систем мониторинга.

Мифы и правда

• Миф: на больших глубинах почти нет жизни.
  Правда: под морским дном скрываются огромные микробные сообщества, составляющие значимую долю биомассы планеты.
• Миф: экстремальные условия автоматически исключают живые организмы.
  Правда: жизнь многократно демонстрировала способность адаптироваться к давлению, кислотности, щёлочности, температуре и их комбинациям.
• Миф: такие микробы — эволюционный тупик.
  Правда: экстремофилы хранят уникальные биохимические решения, которые могли быть важными на ранних этапах эволюции и полезны сегодня в прикладных задачах.

Три интересных факта

1. Значение pH около 12 делает серпентинитовый ил одним из самых щелочных естественных местообитаний на Земле.
2. Липидные "подписи" показывают резкую смену типов микробных сообществ на границе между обычными осадками и серпентинитом.
3. Оценка в 15% биомассы Земли под морским дном подчёркивает, насколько важны эти скрытые экосистемы для круговорота углерода и других элементов.

Исторический контекст

На ранней Земле поверхность была гораздо менее гостеприимной: сильная вулканическая активность, агрессивная атмосфера и частые удары метеоритов. На этом фоне устойчивые химические "островки" вроде щелочных гидротермальных систем могли стать убежищем для первых протоклеток. Современные грязевые вулканы у Марианской впадины и похожие серпентинитовые зоны в других океанах — это своеобразные живые "капсулы времени", позволяющие заглянуть в условия, где могла зародиться жизнь задолго до появления кислородной атмосферы и сложных организмов.