Поиски жизни в Солнечной системе

Много лет назад Томас Д. Брок. специалист по термо фильным бактериям, высказал предположение, что жизнь может быть обнаружена везде, где существует жидкая вода, независимо от ее температуры. Чтобы поднять точку кипе ния воды. нужно увеличить давление, как это происходит, например, в герметической кастрюле-скороварке. Усиленный подогрев заставляет воду кипеть быстрее, не меняя ее темпе ратуры. Естественные условия, в которых жидкая вода су ществует при температуре выше ее обычной точки кипения, обнаружены в районах подводной геотермальной активнос ти, где перегретая вода изливается из земных недр под совместным действием атмосферного давления и давления слоя океанской воды. В 1982 г. К. О. Стеттер обнаружил на глубине до 10мв зоне геотермальной активности бактерии, для которых оптимальная температура развития составляла 105 С. Так как давление под водой на глубине 10 м равняется 1 атм, общее давление на этой "дубине достигало 2 атм. Температура кипения воды при таком давлении равна 121 "С.

70

Действительно, измерения показали, что температура воды в этом месте составляла 103 С. Следовательно, жизнь возмож на и при температурах выше нормальной точки кипения воды*.

Очевидно, бактерии, способные существовать при темпе ратурах около 100 С, обладают "секретом", которого лише ны обычные организмы. Поскольку эти термофильные фор мы при низких температурах растут плохо либо вообще не растут, справедливо считать, что и у обычных бактерий есть собственный "секрет". Ключевым свойством, определяю щим возможность выживания при высоких температурах, является способность производить термостабильные клеточ ные компоненты, особенно белки, нуклеиновые кислоты и клеточные мембраны. У белков обычных организмов при температурах около 60 С происходят быстрые и необрати мые изменения структуры, или денатурация. В качестве примера можно привести свертывание при варке альбумина куриного яйца (яичного "белка"). Белки бактерий, обита ющих в горячих источниках, не испытывают таких измене ний до температуры 90 С. Нуклеиновые кислоты также подвержены тепловой денатурации. Молекула ДНК при этом разделяется на две составляющие ее нити. Обычно это происходит в интервале температур 85- 100'С в зависимости от соотношения нуклеотидов в молекуле ДНК.

При денатурации разрушается трехмерная структура бел ков (уникальная для каждого белка), которая необходима для выполнения таких его функций, как катализ. Эта струк тура поддерживается целым набором слабых химических связей, в результате действия которых линейная последова тельность аминокислот, формирующая первичную структу ру белковой молекулы, укладывается в особую, характерную для данного белка конформацию. Поддерживающие трех мерную структуру связи образуются между аминокислота ми, расположенными в различных частях белковой молеку лы. Мутации гена. в котором заложена информация о последовательности аминокислот, характерной для опреде ленного белка, могут привести к изменению в составе амино кислот, что в свою очередь часто сказывается на его термо стабильности. Это явление открывает возможности для эво

* Недавно появившееся сообщение о том, что обнаруженные в геотермальных источниках на дне Тихого океана бактерии (см. с. 75) могут развиваться при 250"С под давлением 265 атм, весьма сомни тельно и, вероятно, ошибочно.

71

люции термостабильных белков. Структура молекул, обеспе чивающая термостабильность нуклеиновых кислот и клеточ ных мембран бактерий, обитающих в горячих источниках, по-видимому, также генетически обусловлена.

Поскольку повышение давления препятствует кипению воды при нормальной точке кипения, оно может предотвра тить и некоторые повреждения биологических молекул, свя занные с воздействиями высокой температуры. Например, давление в несколько сотен атмосфер подавляет тепловую денатурацию белков. Это объясняется тем, что денатурация вызывает раскручивание спиральной структуры белковой молекулы, сопровождающееся увеличением объема. Препят ствуя увеличению объема, давление предотвращает денату рацию. При гораздо более высоких величинах давления, 5000 атм и более, оно само становится причиной денатурации. Механизм этого явления, которое предполагает компрес сионное разрушение белковой молекулы, пока не ясен. Воз действие очень высокого давления приводит также к повы шению термостабильности малых молекул, поскольку высо кое давление препятствует увеличению объема, обусловлен ному в этом случае разрывами химических связей. Напри мер, при атмосферном давлении мочевина быстро разруша ется при температуре 130 С, но стабильна, по крайней мере в течение часа, при 200 С и давлении 29 тыс. атм.