На грани возможного: Наука выживания

Животным, как и человеку, для жизни требуются вода, кислород и пища. Бактерии могут обойтись без кислорода, и источники пищи у них будут совсем не похожи на наши, однако вода им все равно необходима. Помимо этого им нужны такие химические элементы, как углерод, азот, сера и фосфор, – в качестве строительного материала для ДНК и белков. И если эти элементы можно обнаружить практически в любом месте на Земле, с жидкой водой дело обстоит несколько сложнее. Например, в пустыне Атакама – самой сухой области нашей планеты – дождя может не быть годами. Лед воду не заменит, поэтому ледяные пустоши полярных шапок и снежные вершины гор в этом отношении не отличаются от пустынь. И хотя некоторые организмы могут существовать без воды достаточно долго, впадая в анабиоз, расти или размножаться они при этом не сумеют. А значит, вода – это основа жизни, самая настоящая aqua vitae, которую с таким усердием пытались отыскать древние алхимики.

Древо жизни

Три основные ветви древа жизни – эукариоты, бактерии и археи. Эукариоты, как и мы с вами, состоят из клеток, имеющих ядро, в котором содержится ДНК. К эукариотам относятся все животные, растения и многие одноклеточные. Бактерии и археи – это одноклеточные организмы, не имеющие ядра, однако друг от друга они отличаются не меньше, чем от эукариотов, поскольку каждый из трех доменов обладает уникальным генным набором. Архей, как ни странно, выделили в отдельную ветвь относительно недавно, в конце 1970-х. Сделал это эволюционист Карл Вёзе. Его теория не сразу нашла поддержку, и Вёзе очень переживал, что на его родине, в США, ее считают бредовой или попросту не принимают во внимание. Его оппоненты видели в археях не более чем разновидность бактерий. Преклонный возраст Вёзе не способствовал популяризации его теории, однако в наше время она наконец обрела признание. Окончательно она подтвердилась в 1998 г., после получения полной последовательности генома одной из архей (метанококка), когда выяснилось, насколько ее гены отличаются от генов бактерий. Таким образом, подтвердилась уникальность архей и было доказано, что они ближе к эукариотам, чем к бактериям. Их название происходит от древнегреческого arkhaios и подчеркивает их древнее происхождение, поскольку считается, что из всех существующих форм жизни они обладают наибольшим сходством с первыми клетками.

Археи и бактерии – чемпионы по выживанию в экстремальной среде. Они отлично себя чувствуют и в кипятке, и в каустической соде, и в концентрированной кислоте, и в крепком соляном растворе, и под сильным давлением, и в каменной толще. Некоторым из них, например Deinococcus radiodurans, нипочем даже высокая радиоактивность{38}. Многие могут жить без кислорода или солнечного света, добывая энергию из серы или водорода или ломая камень. Они перерабатывают почти все – в том числе нефть, пластик, металлы и токсины. Эти микроорганизмы могут принести огромную пользу в очищении окружающей среды, предотвращении ее загрязнения, а также в производстве энергии и множестве других областей. Неудивительно, что они вызывают пристальный интерес не только ученых, но и промышленников.

Некоторые любят погорячее

В отличие от многоклеточных животных и растений, которые не выдерживают температуру выше 50° С, и одноклеточных эукариотов, погибающих при температуре выше 60° С, некоторым бактериям и археям не страшен даже кипяток. Температура обитания термофилов – 50° С, гипертермофилов – выше 80° С. Они часто встречаются в зонах высокой геотермальной активности, таких как гейзеры Исландии или Йеллоустонский национальный парк, а также в жерлах океанских вулканов, так называемых «черных курильщиках». Самые «жаропрочные» из ныне известных бактерий – Pyrolobus fumarii, обитающие при температуре 113° С в стенках «черных курильщиков» и замедляющие рост, когда температура падает до 90° С, поскольку для них это слишком холодно. Никто не знает, где на самом деле верхний предел пригодной для жизни температуры, однако большинство ученых предполагают, что он должен быть равен примерно 120° С.

«Черные курильщики» были открыты в 1977 г. учеными из Вудсхоллского океанографического института близ побережья Эквадора. Скользя над океанским дном на глубоководном аппарате «Алвин» на глубине около 2500 м, они перевалили через хребет – и увидели незабываемое зрелище. Из леса подводных труб клубился черный дым, будто Вулкан с Нептуном выстроили там гигантский заводской комплекс для каких-то темных производственных нужд. И, в отличие от малонаселенных океанских глубин, к которым ученые уже привыкли, этот оазис просто кишел самыми разнообразными формами жизни.