Земной микроб вырос в эксперименте, имитирующем океан Энцелада

Земной микроорганизм вырос в лабораторной смеси, приготовленной для воспроизведения химических условий океана Энцелада — ледяного спутника Сатурна. В лабораторной среде с такой же высокой щёлочностью этот организм не рос. Контраст, описанный 25 сентября в Science Advances, показывает, что данное сочетание компонентов может поддерживать известный тип обмена веществ в условиях, ранее считавшихся слишком суровыми для этого организма.

Под ледяной корой Энцелада находится солёный океан, соприкасающийся с каменным ядром. Реакции воды с породой могут выделять водород — возможный источник энергии для микроорганизмов, производящих метан. Поскольку «Кассини» обнаружил в выброшенном спутником веществе соли, органические соединения и признаки гидротермальной активности, исследователи могут использовать эти данные для лабораторного воспроизведения вероятной химии океана.

В эксперименте исследователей Мюнхенского университета Людвига — Максимилиана, среди авторов которого — Ванесса Хельмбрехт, воду, соли, карбонаты и измельчённую породу смешали, чтобы воспроизвести щелочные условия и реакции воды с породой, выделяющие водород. Исследователи внесли в смесь Methanothermococcus okinawensis — архею, микроорганизм без клеточного ядра, первоначально выделенный вблизи гидротермальных источников Окинавского жёлоба между Японией и Тайванем. Его обмен веществ использует водород и углекислый газ, производит метан и получает энергию из этого процесса, не завися от света.

Небольшое количество доступного углекислого газа создавало препятствие: это соединение необходимо организму и для энергетического обмена, и как источник углерода для построения клеточного вещества. Согласно описанию эксперимента, опубликованному Свободным университетом Берлина, в лабораторной среде с высоким pH и дефицитом растворённого углекислого газа организм не рос. Однако в смеси, имитирующей Энцелад, рост наблюдался вплоть до pH 11 — сильнощелочных условий, — а метан образовывался с использованием водорода, полученного в реакциях воды с породой. Рост происходил в опытах, продолжавшихся несколько дней; результат не сводился к простому выживанию клеток.

Анализ экспрессии генов выявил ответ на нехватку растворённого углекислого газа. Хотя смесь содержала высокую концентрацию растворённого неорганического углерода, лишь небольшая его часть была доступна в форме углекислого газа. В растущих клетках усилилась экспрессия пути фиксации углерода — последовательности реакций, включающих углерод этого соединения в органическое вещество. Такой ответ позволил использовать углекислый газ даже при крайне низких концентрациях. Исследование тем самым связывает наблюдаемый рост с эффективным использованием этого соединения и с энергией, поступающей от реакций между минералами и водой. Демонстрация ограничена воспроизведёнными условиями и днями проведения опытов; сохранение роста или обмена веществ организма на геологических масштабах времени не проверялось.