Цивилизация
Большинство антарктических бактерий использует в качестве топлива водород, извлекаемый из воздуха, и делает это уже на протяжении миллиарда лет. Такой вывод сделала международная группа исследователей, которая изучила 451 вид бактерий из мерзлых почв Восточной Антарктиды и провела их генетический анализ. Выяснилось, что эти бактерии на филогенетическом «древе жизни» отделились от своих собратьев с других континентов примерно миллиард лет назад. Статья об этом опубликована в журнале PNAS.
Эти необычные микроорганизмы-экстремофилы встречаются на свободных ото льда пустынных почвах к северу от ледника Маккей на Земле Виктории. Лишь немногие высшие растения или животные могут процветать в этой среде, где мало доступной воды, температура ниже нуля и очень суровые беспросветные полярные зимы. Несмотря на все это в одном грамме почвы здесь обнаруживаются сотни видов бактерий и миллионы клеток, что образуют уникальную и разнообразную экосистему. Как микробные сообщества выживают в таких суровых условиях, ведь им нужно было найти какую-то надежную альтернативу фотосинтезу?
Выяснилось, что более четверти этих антарктических почвенных бактерий содержат фермент, именуемый рибулозобисфосфаткарбоксилаза — RuBisCO, — который обычно позволяет растениям использовать солнечный свет, чтобы улавливать углекислый газ из воздуха и преобразовывать все это в биомассу. Большая часть органического углерода на Земле извлекается в результате именно фотосинтеза. Однако выяснилось, что более чем 99% антарктических бактерий, содержащих RuBisCO, не способны использовать солнечный свет. Его им заменяет процесс, именуемый хемосинтезом, к нему прибегают экстремофилы, лишенные солнечного света.
Вместо того, чтобы для преобразования углекислого газа в биомассу полагаться на солнечный свет, они используют неорганические соединения, содержащиеся в атмосфере (состоящей в основном из азота, кислорода и углекислого газа), такие как метан, окись углерода и водород — в следовых количествах. Несмотря на то, что водород в атмосфере содержится в очень низких концентрациях, в воздушном пространстве имеется практически неограниченный запас этих молекул для организмов, которые способны их улавливать.
Исследования показали, что 90% антарктических почвенных бактерий могут поглощать водород из воздуха, еще около 1% могут использовать метан, и около 30% — окись углерода. Бактерии получают энергию из водорода, метана и углерода, соединяя их затем с кислородом в ходе химических процессов, отчасти напоминающих очень медленное горение. Единственным побочным продуктом этого процесса оказывается вода. Эксперименты показали, что бактерии потребляют атмосферный водород даже при температуре –20°C и могут получать ее в достаточном количестве для того, чтобы покрывать все свои потребности в энергии. Более того, водород может приводить в действие хемосинтез, который обеспечивает достаточным количеством органического углерода и поддерживает жизнь всего сообщества. Другие бактерии получают доступ к этому углероду, поглощая своих соседей, «работающих» на водороде, либо богатый углеродом ил, который те производят. Подобная «водородная экономика» может поддерживать и внеземную жизнь.