Дискуссия о возможности существования внеземной жизни зачастую сводится к двум пунктам. Первый — жизнь, аналогичная нашей, то есть основанная на воде и органических (углерод--водород--азот—кислород—фосфор--сера) соединениях, возможна только в очень узком диапазоне температур и давлений, а такие найти на других планетах непросто. Второй — возможно, существует совершенно иная жизнь, иные органические соединения, образованные в экстремальных условиях из совершенно других элементов.<1>
Но оказалось, что «новая жизнь» живет совсем рядом со «старой».
В озере Моно (в Калифорнии) обнаружены бактерии, которые используют в своих биологических молекулах не фосфор (незаменимая часть ДНК — остаток фосфорной кислоты), а элемент, считавшийся смертельным ядом для всего живого, — мышьяк.
Работу американских ученых публикует Science.
Эта «земная» находка прежде всего ценна тем, что она принципиально меняет стратегию поиска внеземной жизни, осуществляемую, в частности, силами NASA.<2>
Ученым больше не следует ориентироваться на элементный состав атмосферы далеких планет, раз даже на Земле существует жизнь, основанная совсем на других соединениях.
«Известная нам до сих пор жизнь требовала присутствия в организме определенного набора химических соединений и, напротив, отсутствия заметного количества ряда других, опасных веществ. Однако откуда мы можем знать, что других возможностей не существует? Теперь мы почти уверены в обратном, и это полностью изменит наши астробиологические программы», — пояснил профессор Ариэл Анбар, биогеохимик и астробиолог из Университета Аризоны, один из соавторов работы.
Высказывались и более смелые гипотезы — на Земле существует «теневая биосфера», то есть «чужая жизнь», основанная на других химических элементах, химический «параллельный мир».
Мышьяк в Периодической системе химических элементов находится прямо под фосфором, то есть ряд химических свойств у них похож, они могут встраиваться в аналогичные соединения. Идею о существовании «мышьяковых биомолекул» разработала еще в 2009 году Фелиса Вольфе-Симон, первый автор настоящей работы, которая сейчас работает в Институте астробиологии NASA. Она предположила, что «параллельная биохимия» эволюционировала с момента зарождения жизни на Земле, а сейчас сохранилась в экстремальных условиях. Однако гипотеза оставалась лишь теоретическим предположением без экспериментального подтверждения.
По сути, токсичность мышьяка определяется сходством его свойств с фосфором. Организму трудно отличить их друг от друга, и яд легко проникает в ткани.
Однако различия в свойствах элементов в то же время достаточны, чтобы он вносил катастрофический разлад в работу биохимических систем тела.
Поиски экспериментальных подтверждений «мышьяковой жизни» Вольфе-Симон вела в сотрудничестве с Рональдом Оремландом, специалистом по микробиологии мышьяка. Объединенными усилиями им удалось обнаружить бактерию — штамм GFAJ-1 семейства Halomonadaceae гамма-протеобактерий, которые «живут на фосфоре». Их вынудили к этому суровые условия среды — озеро Моно очень высокоминерализованное, и уровень содержания собственно мышьяка в воде необычайно высок.
В лабораторных условиях ученым удалось успешно вырастить эти бактерии, поддерживая «диету», богатую фосфором, но содержащую добавки мышьяка. Целью исследователей было выяснить, насколько мышьяк действительно внедрен в жизненно важные биологические системы бактерий — ДНК, белки и клеточные мембраны. Сложные лабораторные исследования, включавшие детальные масс-спектрометрические анализы белков, показали, что организмы имеют двойственную структуру. Они могут «расти» как на фосфоре, так и на мышьяке.
Это их совершенно уникальная особенность, которая одновременно показывает, что бактерии не совсем являются искомой «чужой жизнью», принадлежащей к принципиально иному древу жизни, зародившемуся и развивавшемуся независимо.
Однако GFAJ-1 при этом все же указывает на возможность существования «параллельной биосферы». «Святым граалем» будет открытие организма, который совсем не содержит фосфора.
«Наша работа — это не открытие мышьяка в озере Моно. Это свидетельство того, что прямо здесь, на Земле, можно найти что-то совершенно неожиданное. Если это так, несмотря на столетия научного прогресса, то какие же еще сокрытые горизонты жизни нам предстоит увидеть? Сейчас пришло время это сделать», — подытожила Вольфе-Симон.