Как тайна глубин океана меняет наши представления о жизни

Как глубоко мы можем опуститься под землю и обнаружить там жизнь? Микробиолог Карен Ллойд знакомит нас с глубоководными микроорганизмами: крошечными созданиями, живущими на глубине в океанской грязи и появившимися на Земле задолго до животных. Узнайте больше об этих загадочных микробах, которые отказываются расти в лаборатории и, кажется, имеют принципиально другие отношения со временем и энергией, чем мы с вами.

Я микробиолог в области океанографии
в Университете Теннесси,

и я хочу рассказать сегодня
о некоторых микроорганизмах,

странных, но в то же время прекрасных

и бросающих вызов нашим предположениям
о том, какова жизнь на Земле.

Я хочу задать вам вопрос.

Поднимите, пожалуйста, руки те,
кто считает, что было бы круто

спуститься на дно океана
в подводной лодке.

Отлично.

Большинство. Потому что океан великолепен.

А теперь поднимите руки те,

кто поднял руку и хочет опуститься
на дно океана для того,

чтобы стать чуточку ближе

к этой будоражащей умы грязи на самом дне.

(Смех)

Никто.

Похоже, я единственная в этом зале.

Я думаю о ней постоянно.

Бóльшую часть времени я трачу на то,

что пытаюсь определить, насколько далеко
в глубь Земли мы можем продвинуться

и обнаружить там жизнь.

Ведь мы до сих пор не знаем
ответ на очень важный вопрос

о зарождении жизни на Земле.

В 1980-е годы учёный
из Великобритании Джон Паркс

был одержим, как и я,

и придумал сумасшедшую идею.

Он верил, что под толщей мирового океана

существует обширная биосфера
живых микроорганизмов

толщиной в сотни метров,

что уже само по себе потрясающе.

Единственная проблема —
его взгляды никто не разделял,

и причина этого заключалась в том,

что отложения на дне океана,
возможно, самое скучное место на Земле.

(Смех)

Туда не попадают солнечные лучи,
там нет кислорода,

и что самое ужасное —

там нет никакой свежей еды
уже на протяжении миллионов лет.

Не обязательно иметь
учёную степень по биологии,

чтобы понять, что это не самое
подходящее место для поисков жизни.

(Смех)

Но в 2002 году Стивен Д`Ондт
убедил достаточное количество людей,

чтобы отправиться в экспедицию

на бурильном корабле
под названием JOIDES Resolution.

Компанию ему составил
Бо Баркер Йоргенсен из Дании.

В конце концов они добрались

до нетронутых образцов глубинных недр,

куда не добрались
микроорганизмы с поверхности.

Буровой корабль способен просверлить
дно океана на тысячи метров вглубь так,

что грязь выйдет последовательно,
проба за пробой —

вот в таких длиннющих грунтовых трубках.

Здесь её несут такие же учёные, как и я,

на корабле мы обрабатываем эти пробы,
а затем отправляем на сушу

в наши лаборатории
для дальнейшего изучения.

И когда Джон и его коллеги

получили эти драгоценные нетронутые
глубоководные образцы,

они поместили их под микроскоп

и увидели нечто похожее на то,

что обнаружили в результате
более ранней экспедиции,

организованной моей студенткой,
аспиранткой Джой Бонджорно.

Видите разводы на фоне снимка?

Это и есть грязь, та самая грязь
со дна океана.

А ярко-зелёные точки,
подкрашенные флюоресцентной краской, —

настоящие живые микроорганизмы.

А сейчас я расскажу вам о микробах
нечто в самом деле ужасное.

Под микроскопом
они все выглядят одинаково.

Я имею в виду, с первого взгляда.

Можно взять самые
удивительные организмы в мире,

например, бактерию,
способную «дышать» ураном,

и бактерию, которая является
источником ракетного топлива,

соединить их с грязью со дна океана,

поместить их под микроскоп,

и вы увидите лишь маленькие точечки.

Это ужасно раздражает.

Поэтому мы не можем
рассортировать их по внешнему виду.

Мы должны использовать ДНК
как отпечаток пальца,

чтобы определить, кто есть кто.

И я научу вас этому прямо сейчас.

Я покажу вам некоторые данные,
которые составила сама, они не настоящие.

Это для того, чтобы показать,
как бы выглядела группа образцов,

абсолютно несвязанных друг с другом.

Здесь видно, что каждая особь

имеет комбинации из A, G, C и T —

четырёх субэлементов ДНК,

перемешанных как попало
и абсолютно не похожих между собой,

так что эти особи совершенно
не связаны друг с другом.

А вот так выглядят настоящие ДНК,

взятые из гена, присутствующего
во всех этих видах.

Всё сходится почти идеально.

Шансы получить так много
вертикальных колонок,

в которых у каждой особи
случайно оказался элемент С или Т,

ничтожно малы.

Итак, мы знаем, что у всех этих особей
должен был быть общий предок.

Они являются родственниками друг другу.

А теперь я расскажу вам, кто они.

Два верхних — это мы и шимпанзе,

с которыми у нас, как известно,
много общего — это же очевидно.

(Смех)

Однако у нас есть общее и с видами,
на которые мы не похожи,

например, сосна обыкновенная или лямблия,
вызывающая кишечное расстройство,

если пить нефильтрованную воду
во время походов.

Также у нас есть сходство с бактериями,
например, E. coli и Clostridium difficile,

ужасными приспосабливающимися патогенами,
вызывающими летальный исход.

Но есть и полезные микробы,
например, Dehalococcoides ethenogenes,

которые очищают наши промышленные отходы.

Если взять эти последовательности ДНК,

а затем сопоставить их сходства и различия

для создания нашей общей родословной,

отражающей родственные связи,

то вот как это выглядит.

Хорошо видно,

что люди, лямблии, кролики и сосны —

потомки одних и тех же родителей,

в то время как бактерии являются
нашими двоюродными братьями.

Но всё живое на Земле
связано родственными связями.

В своей ежедневной работе

я должна найти научные доказательства
против экзистенциального одиночества.

И когда мы получили
первые последовательности ДНК

из нетронутых образцов глубинных недр,
собранных во время первой экспедиции,

мы захотели узнать, откуда они родом.

И первое, что мы выяснили —
они имеют земное происхождение,

потому что мы смогли сопоставить их ДНК
с другими существами на Земле.

Посмотрим, как же они распределились
по нашему родословному древу.

Первое, что бросается в глаза —
их очень много.

Это был не один малочисленный вид,

которому удалось выжить
в этом ужасном месте.

Их оказалось очень много.

И второе, что вы могли заметить, надеюсь,

ничего подобного мы раньше не видели.

Они отличаются друг от друга также,

как от всего остального, что нам известно,

как человек отличается от сосны.

Поэтому Джон Паркс был абсолютно прав.

И он, и мы обнаружили
совершенно новую и очень разнообразную

экосистему микробиома на Земле,

о которой ничего не было известно
вплоть до 1980-х годов.

Так что мы были на правильном пути.

Следующий шаг — вырастить
эти экзотические виды в чашке Петри,

чтобы можно было проводить
настоящие эксперименты,

какие обычно проводят микробиологи.

Но чем бы мы их ни кормили,

они отказывались размножаться.

Даже сейчас после 15 лет экспедиций

ни одному учёному не удалось вырастить эти
экзотические глубоководные микроорганизмы

в искусственных условиях.

И дело не в недостатке попыток.

Возможно, кого-то это разочарует,

но меня, наоборот, воодушевляет,

потому что ещё так много неизвестного
впереди, над чем можно поработать.

Например, у меня и моих коллег появилась,
как нам казалось, отличная идея.

Мы решили прочитать их гены,
как книгу рецептов,

выяснить, чем они питаются,
и накормить их,

чтобы они могли расти и быть счастливы.

Но когда мы увидели их гены,

выяснилось, что им была нужна
именно та еда, которой мы их кормили.

Это был полный провал.

Было кое-что ещё,
чего им не хватало в чашках Петри,

чего мы им не давали.

Сопоставив различные данные

со всего мира,

мои коллеги из Университета
Южной Калифорнии

Даг ЛаРоу и Ян Аменд

смогли подсчитать, что каждой
из этих глубоководных клеток

требуется лишь один зептоватт мощности,

и прежде чем вы достанете свои телефоны,
я поясню, что это 10 в минус 21 степени,

потому что я бы тоже это загуглила.

Людям, с другой стороны,

требуется около 100 ватт энергии.

100 ватт эквивалентно тому,
чтобы взять ананас

и бросать его с метровой высоты
на землю 881 632 раза в день.

Если сделать это,
а потом подключить турбину,

то полученной мощности будет достаточно,
чтобы я могла существовать один день.

В аналогичных условиях зептоватт —

это как если взять одну крупинку соли

и представить крошечный-крошечный шарик,

который является одной тысячной
массы этой крупинки соли,

а затем бросить его на один нанометр,

который в сто раз меньше,
чем длина волны видимого света,

один раз в день.

Это всё, что нужно для поддержания
жизни этих микроорганизмов.

Мы и представить себе не могли,
что такое малое количество энергии

способно поддерживать жизнь,

но каким-то удивительным образом

этого вполне достаточно.

Если у этих глубоководных микробов

особенные отношения с энергией,
о которых мы не подозревали,

то, следовательно, у них должны быть

другие отношения и со временем,

потому что если для жизни
используется так мало энергии,

то быстрый рост невозможен.

Если бы эти микробы захотели
поселиться в нашем горле,

они были бы вытеснены
быстрорастущим стрептококком

ещё до того, как начали бы размножаться.

Поэтому мы никогда
не обнаружим их в горле.

Возможно, тот факт,
что на глубине океана довольно скучно,

на самом деле является ценным
ресурсом для этих микробов.

Они никогда не вымываются штормом.

Никогда не зарастают сорняками.

Всё, что им нужно, — это существовать.

Возможно, то, чего не доставало
в чашках Петри,

вовсе и не было пищей.

И это не химическое вещество.

Возможно, то, что им так необходимо

для развития, — это время.

Но время — это то,
что я никогда не смогу им дать.

И даже если я передам
эту культуру клеток своим аспирантам,

а они передадут
своим аспирантам и так далее,

нам придётся делать это
в течение нескольких тысяч лет,

чтобы имитировать точные условия,
происходящие в глубоких недрах,

и при этом без загрязнений.

Это просто невозможно.

Но, может быть, в некотором роде, мы уже
вырастили их в наших чашках Петри.

Может, они посмотрели
на предложенную нами пищу и сказали:

«Спасибо, я постараюсь ускориться

и создать новую клетку
к следующему столетию».

Ах!

(Смех)

А почему другие живые существа
размножаются так быстро?

Почему клетка погибает через день,

и человек умирает всего лишь
через сто лет?

Это довольно короткие сроки,

если рассуждать
в масштабах всей Вселенной.

Но это не произвольные ограничения.

Они продиктованы
одним простым обстоятельством,

и это обстоятельство — Солнце.

Однажды живые существа узнали,
как использовать энергию Солнца

с помощью фотосинтеза.

Всем пришлось ускориться и подстроиться
под дневные и ночные циклы.

Таким образом, Солнце дало нам
и причину быть быстрыми,

и необходимую для этого энергию.

Жизнь на Земле можно рассматривать
как кровеносную систему,

сердцем которой является Солнце.

Но глубоководные недра —
это кровеносная система,

которая полностью отключена от Солнца.

Вместо этого они подчиняются долгим,
медленным геологическим ритмам.

Сейчас нет теоретического ограничения
продолжительности жизни одной клетки.

Пока есть хоть немного энергии,
которую можно использовать,

теоретически одиночная клетка может жить

сотни тысяч лет или дольше,

просто со временем
заменяя повреждённые части.

Попросить микроба, живущего в подобных
условиях, вырасти в чашке Петри

значит попросить адаптироваться к нашей
неистовой, солнцеориентированной жизни,

а может, у него есть дела поважнее.

(Смех)

Представьте, если бы нам
удалось выяснить, как они это делают.

Что, если они используют
ультра-стабильные соединения,

которые помогли бы нам
увеличить сроки хранения

в биомедицине или промышленности?

Или, может, если мы поймём механизм,
который они используют,

чтобы так медленно расти,

мы смогли бы имитировать его
и замедлить деление раковых клеток.

Я не знаю.

Честно говоря, это всё домыслы,

но в чём я точно уверена,

это то, что существуют сто миллиардов
миллиардов миллиардов

живых клеток микроорганизмов

на самой глубине океана.

Это в 200 раз больше общей
биомассы людей на всей планете.

И эти микробы имеют
принципиально другие отношения

со временем и энергией, чем мы.

То, что для них день,

для нас может оказаться тысячей лет.

Им нет дела до солнца,

им нет дела до быстрого роста,

и их, наверное, совершенно
не волнуют мои чашки Петри...

(Смех)

но если мы сможем продолжать находить
творческие способы для их изучения,

возможно, мы наконец-то выясним,
какова жизнь на всей Земле.

Спасибо.

(Аплодисменты)