Инопланетяне глазами науки
Шрифт:
Последовательность генов одного из этих существ позволяет предположить, что у него есть общий эволюционный предок с бактериями. Поскольку самыми ранними указаниями на существование жизни на Земле были окаменелости бактерий возрастом 3,6 миллиарда лет из Западной Австралии и отложения возрастом 3,85 миллиарда лет из восточной Гренландии, неизвестные предки архей, должно быть, жили ещё раньше — возможно, ещё 4 миллиарда лет назад, когда Земля и планеты Солнечной системы были очень молоды. Некоторые учёные предполагают, что гипотетические окаменелости, найденные на Марсе, могли быть одноклеточными археями.
В будущем микроб будет всё более полезен человечеству, поскольку он выделяет большое количество метана, взрывоопасного природного газа, широко используемого в промышленности и в качестве источника энергии. Разнообразные метанообразующие организмы, относящиеся к группе архей, выделяют, как минимум, 200 миллионов
Эукариоты
Традиционно земную жизнь разделяли на две основных категории: формы жизни, клетки которых лишены ядра (прокариоты), и те, чей генетический материал (обычно ДНК) сосредоточен в ядре (эукариоты); к последним относятся все высшие растения и животные. Как упоминалось в предыдущем разделе, совсем недавно некоторые биологи разделили самых примитивных прокариот на две категории: архебактерии и эубактерии, которые также носят более простые названия — археи и бактерии.
До сих пор мы обсуждали довольно примитивные формы жизни, бактерии и археи, населяющие местообитания, экстремальные в плане температур, освещения и химии. А насколько значительно число эукариот– экстремофилов? {16}
В этом разделе мы расширяем наш поиск и подразделяем более сложных экстремофилов на целый ряд категорий. Приготовьтесь познакомиться со скотофилами, анаэробами, термофилами, психрофилами, ацидофилами, алкалофилами, галофилами и барофилами. Это разделение подчёркивает ту же самую мысль, что и предыдущие случаи: куда бы мы ни взглянули на Земле, в условиях экстремальных холода, кислотности и давления жизнь всегда находится в изобилии.
16
Подробную информацию об эукариотах в экстремальных условиях смотрите на веб-страницеДэйва Робертса из департамента зоологии Музея естественной истории, Лондон. Чтобы получить дополнительную информацию об анаэробах, см. Embley et al. (1992), Esteban et al. (1993), Brul and Stumm (1994) и Embley et al. (1995) — указаны в списке в разделе «Для дополнительного чтения».
Вы вместе с капитаном Пикаром и лейтенантом Ворфом из сериала «Звёздный путь: Следующее поколение» исследуете подземную воздушную камеру на новой планете. В камеру никогда не проникал солнечный свет, поэтому вы рассчитываете найти лишь немногие формы жизни крупнее бактерий. Тем не менее, направив в камеру луч света, вы видите огромных инопланетных существ с суставчатыми ногами и незрительными органами чувств — «антеннами» просто ужасающе огромного размера.
Звучит неправдоподобно? Ничуть. Такую сцену недавно наблюдали на Земле.
Даже совершенно тёмные пещеры кишат крупными организмами разного рода. Возьмем, например, пещеру Мовиле в Добрудже, Румыния, изолированную от мира на протяжении миллионов лет, тёмную навеки, но кишащую жизнью. Это прямо-таки сцена из серии «Секретных материалов» или, возможно, «Арахнофобии». Несмотря на то, что пещера не получает энергии от солнца, в её извилистых недрах обитает уникальное сообщество животных инопланетного облика: сотни пауков, ранее неизвестных микробов, водяных скорпионов, хищных пиявок, равноногих раков, мокриц, ногохвосток, многоножек, щетинохвосток и других троглодитов (обитателей пещер) разного рода...
Как бы выглядел инопланетный скотофил (буквально «любитель тьмы»)? На Земле эти существа, чтобы «видеть», часто используют свои антенны или ноги, ощупывая ими окружающую местность. Кроме того, поскольку хищники не могут их увидеть, троглодитам совершенно не требуется менять окраску ради маскировки, поэтому многие из них бледно окрашенные или белые, а некоторые настолько прозрачны, что можно увидеть, как течёт их кровь. Если мы хотим поискать жизнь на Марсе, мы должны заглянуть в марсианскую версию пещеры Мовиле, где могла бы существовать жидкая вода, и куда не обязательно проникал бы свет.
В 1996 году учёные смогли получить доступ в пещеру Мовиле через искусственную входную шахту, случайно созданную в ходе работы над строительным проектом. Оказавшись в пещере, они обнаружили в сырых помещениях богатую фауну — на сегодняшний день это около 47 видов животных. Тридцать из 47 видов ранее были неизвестны. В случае комплекса особенностей, называемого трогломорфией, у всех существ наблюдается редукция или утрата глаз и пигментации, увеличение придатков и гигантские антенны. Предки некоторых из этих видов, возможно, оказались изолированными от своих наземных сородичей более 5 миллионов лет назад, когда климат южной Румынии стал очень сухим. В наше время пища и бактерии не попадают в пещеру с поверхности. Это означает, что единственным источником пищи для тех существ, которые находятся в самом низу пищевой цепи, являются сероводород и метан из подземных вод, просачивающихся через внутренние помещения пещеры. Некоторым образом пещера Мовиле является капсулой времени — крошечной изолированной частью мира. Со временем её обитатели эволюционировали во множество специализированных форм. Если бы поместить людей в среду, подобную пещере Мовиле, с достаточным количеством кислорода, просачивающегося в пещеру через мельчайшие трещины, то в каких существ мы эволюционировали бы в ближайшие 5 миллионов лет? Исчезнут ли со временем наши глаза? Станут ли кончики наших пальцев сверхчувствительными? Станем ли мы похожими на пришельцев из далёкого мира?
Многие виды свободноживущих микроскопических простейших, очевидно, являются облигатными аэробами; то есть они не могут выжить без кислорода. {17} Для различных процессов дыхания, происходящих в клеточных органоидах (называемых митохондриями), требуется кислород. С другой стороны, эукариотические организмы, которые являются облигатными анаэробами, и у которых обмен веществ должен протекать в отсутствие кислорода, встречаются гораздо реже. Тем не менее, из исследований жизни на Земле нам известно, что без кислорода могут существовать довольно развитые организмы. Мы можем классифицировать этих существ как экстремофилов, потому что по отношению к нам они живут в экстремальных условиях. Например, многие свободноживущие инфузории (микроскопические одноклеточные животные с похожими на волоски отростками) могут жить в анаэробных средах. Эти инфузории для выработки энергии вместо митохондрий используют клеточные органоиды, называемые гидрогеносомами. К анаэробным инфузориям, которым не требуется кислород, относятся дрожжи [13] , различные паразитические организмы в желудочно-кишечном тракте человека и организмы, связанные с сульфидсодержащими отложениями.
17
Одним из заметных различий среди бактерий является их потребность в атмосферном кислороде и реакция на него. И если в кислороде для успешной жизни нуждаются почти все эукариотические организмы, бактерии, возможно, в большинстве своём хорошо растут в анаэробных условиях (при отсутствии кислорода). Облигатно аэробные бактерии могут расти только в присутствии кислорода. Бактерии, которые растут только в отсутствие кислорода, такие как выделяющие метан архебактерии (метаногены), являются облигатными анаэробами. Факультативные анаэробы могут чередовать свои обменные процессы в зависимости от присутствия кислорода: в присутствии кислорода они используют более выгодный процесс дыхания, а в анаэробных условиях — менее выгодный процесс брожения. Примерами факультативных анаэробов являются кишечная палочка Escherichia coli и золотистый стафилококк Staphylococcus aureus.
13
Даже если под английским словом “ciliates” подразумевать не только инфузорий, дрожжи всё равно не входят в их число, поскольку принадлежат к царству грибов. — прим. перев.
Мы уже обсуждали некоторые примитивные теплолюбивые бактерии и их сородичей. Обращаясь к более продвинутым эукариотам, способным жить при высоких температурах, мы находим ацидофильный фототроп (кислотолюбивое растение) Cyanidium caldarium — это «красная водоросль», которая ещё может расти при температуре 134 градуса по Фаренгейту (57 градусов по Цельсию). Практически все горячие, кислые почвы и воды в мире колонизированы Cyanidium. {18}
18
Обзор термофильных эукариот см. в Brock (1978) и Tansey and Brock (1978).