Поиск иных форм жизни, или, по крайней мере, очень оригинальных представителей уже известных групп эукариот и бактерий особенно результативен в уголках планеты, сильно отличающихся от привычных нам. Будь то гидротермальные источники на дне океана, подводные и наземные вулканы, гейзеры или просто высокогорные озера, ученым зачастую, оказывается, есть чем похвастаться перед коллегами.
Особенно повезло участникам экспедиции под руководством Рональда Оремланда. И хотя выбранное ими озеро Моно в Калифорнии существенно уступает Байкалу и по возрасту, и по объему, среди представителей его флоры и фауны попадаются очень оригинальные виды.
Свою публикацию в Science микробиологи посвятили двум группам цианобактерий, использующих при фотосинтезе мышьяк вместо кислорода.
Ученые исследовали расположенное на высоте 2 км щелочное и сильносоленое озеро, когда обнаружили на камнях крупные колонии бактерий в виде налётов зеленого и красного цвета. Ими оказались пурпурные Ectothiorhodospira и цианобактерии, похожие на известную группу Oscillatoria.
Возможно, ученые ограничились бы описанием новых видов, если бы не настоящие экстремальные условия обитания их «питомцев» – высокие концентрации сульфидов и арсенитов – солей мышьяковистой кислоты. Такая среда обитания и определила способ питания обнаруженных групп прокариот, весьма оригинально решивших проблему донора электронов при фотосинтезе.
Дело в том, что при «усвоении энергии света» возбуждается молекула пигмента, чаще всего хлорофилла, следом за этим она теряет электрон, и для «заполнения электронной вакансии» и требуется донор этих самых электронов. В зависимости от того, кто этим донором выступает, фотосинтез называется оксигенным или аноксигенным.
В первом случае донор – кислород, а точнее, атом кислорода в молекуле воды. В результате окисления двух молекул воды и образуется одна молекула кислорода O 2, которую большинство живых организмов, в том числе и сами фотосинтетики-автотрофы, используют для дыхания.
Аноксигенный фотосинтез куда разнообразней. Во первых, он доступен только бактериям – пурпурным, циано- и гелико-. Во-вторых, в качестве донора электронов они используют серу из сульфидов, железо из его соединений и даже азот из нитритов.
Но даже нитриты и нитраты не идут ни в какое сравнение с высокотоксичным арсенитом, в состав которого входит мышьяк As(III).
Ученые показали, что выделенные ими штаммы бактерий отлично размножаются в присутствии света в полностью бескислородных условиях. Главное, чтобы хватало арсенитов – основной составляющей гидротермальных источников озера Моно.
В роли пигмента выступает уже известный бактериохлорофилл A, распространенный у пурпурных бактерий, эффективно поглощающий свет длиной волны 800, 850 и 880 нм. А вот с другими участниками системы ученым ещё предстоит определиться.
В случае с другими фотосинтезирующими бактериями окисление, то есть забор электронов у донора, осуществляет специальный фермент – оксидаза.
У своих подопечных Оремланд не нашел следов ни самого фермента, ни кодирующих его генов.
Ученые предполагают, что его роль берет на себя редуктаза, выполняющая обычно полностью противоположные функции.
По мнению микробиологов, их находка подчеркивает аноксигенное становление фотосинтеза, начавшегося ещё задолго до появления «обычных» цианобактерий. Лишь со временем в этот процесс была включена вода, и началось выделение кислорода, в несколько этапов заполнившего нашу атмосферу.