Формы жизни бактерий

Участники:

Саббит Салахутдинович Абызов – доктор биологических наук

Михаил Владимирович Иванов – академик РАН

Михаил Иванов: И первые организмы, скорее всего, всё-таки поступили живьём на Землю.

Александр Гордон: В собранном виде. Вы придерживаетесь этой же точки зрения?

Саббит Абызов: Да. Я думаю, что если жизнь привнесена из космического пространства на Землю, то она привнесена, очевидно, в ледниковых образованиях, которых очень много встречается в космическом пространстве. И внутри, скажем просто, куска льда – идеальные условия для сохранения жизнеспособности микроорганизмов.

А.Г. То есть, любая комета, состоящая из…

С.А. Есть такая точка зрения, что в ядрах комет возможны какие-то формы жизни. Это современная гипотеза, конечно. И это может быть одним из источников появления жизни на Земле. Когда-то в очень отдалённые времена, миллиарды лет тому назад.

А.Г. Но это всё равно парадоксальным образом не отвечает нам на вопрос – где и когда и, главное, каким образом зародилась жизнь. Она просит относить ответ на этот вопрос туда, за пределы места и времени, в котором мы живём.

М.И. Совершенно верно. Но развивать эту гипотезу надо. Одно время ведь от неё полностью пытались отказаться. Почему пытались отказаться? Потому что в метеоритах, которые исследовались на Земле, сначала обнаруживали жизнеспособные клетки микроорганизмов, но потом, когда методы исследований жизнеспособных клеток в метеоритах были улучшены, оказалось, что всё это загрязнение метеоритов земной микрофлорой.

Это очень интересно, Саббит Салахутдинович как раз был одним из тех исследователей, который ещё задолго до антарктических исследований провёл очень тщательное исследование большого числа метеоритов, поступивших на Землю. И показал, что в них жизнеспособных организмов нет. И это в какой-то степени лило воду на гипотезу о происхождении жизни на Земле, отвергая возможность переноса живых клеток.

А в последнее время появились новые данные, которые показывают, что не жизнеспособные, а отмершие клетки микроорганизмов, фассилизированные клетки микроорганизмов в космических телах распространены очень широко. И вот тут некоторые снимки будут эту точку зрения иллюстрировать.

Живых микроорганизмов пока в метеоритах не найдено, но эти работы продолжаются, и вы правы, что вне Земли отнесён этот первый этап, но, я ещё раз повторяю, что по данным биохимиков и молекулярных биологов три миллиарда – слишком короткое время, чтобы от неживой материи перейти к высокоорганизованной живой материи, к тем организмам, которые сейчас населяют Землю. А если хотя бы первичные формы жизни, прежде всего, бактериальные или бактереоподобные организмы, на Землю попали, то уже какой-то этап, очень важный и очень длительный этап структурированной жизни в виде этих клеток, уже пройден где-то вне Земли, и тогда вроде трех миллиардов лет хватает на эволюцию до нас с вами.

А.Г. Но для того, чтобы бактерии или другие простейшие могли пережить такое космическое путешествие (и мы могли искать не только их следы, но жизнеспособные организмы в метеоритах и других образованиях), нужно было сделать то открытие, которое вы сделали – для того, чтобы доказать, что это возможно. Жизнеспособность микроорганизмов после сверхдлительного анабиоза. Вы можете рассказать, как это было сделано?

С.А. Вообще, спор о длительности анабиоза микроорганизмов продолжался многие десятки лет. И не было ни одного экспериментального доказательства существования такого сверхдлительного анабиоза микроорганизмов. Были находки в древнейших отложениях, в кладках египетских пирамид, в вечной мерзлоте, но каждый раз эти находки отвергались, как загрязнение окружающей микрофлорой…

М.И. Современной микрофлорой.

С.А. Современной микрофлорой, потому что мы находимся в окружении микроорганизмов. И нужно было разработать такую методику проверки этой гипотезы, чтобы полностью исключить сомнения в том, что найденные в данном объекте микроорганизмы находятся действительно внутри этого объекта.

М.И. Мало было разработать методику, надо было найти естественную экосистему найденной клетки, возраст которой составлял бы, как минимум, сотни тысяч лет. Такой экосистемой и явились антарктические ледники.

С.А. Да, такой экосистемой как раз и явились антарктические льды, почему мы и обратили внимание на, как общепринято говорить, вечные ледники Антарктиды. Было известно давно, что биологические объекты внутри ледниковых образований прекрасно сохраняются очень длительные сроки. И можно было предположить, что если микроорганизмы попадают в этот объект, то, по-видимому, при отрицательных температурах они также могут очень длительное время сохраниться. Поэтому нужно было разработать такую методику, чтобы действительно показать, что микроорганизмы присущи этому объекту.

По счастливому стечению обстоятельств в конце 60-х – начале 70-х годов в Центральной Антарктиде были начаты очень интересные и обстоятельные работы по глубокому бурению антарктического ледника, который в районе станции «Восток» достигает 3 тысяч 750 метров, по данным гляциологов.

М.И. И возраст нижних горизонтов где-то больше 400 тысяч лет, насколько я помню.

С.А. У ледникового ложа он по некоторым данным оценивается в 500 тысяч лет. А новейшие данные научных сотрудников института Арктики и Антарктики даже говорят о миллионе лет.

А.Г. По крайней мере, возраст того озера, которое находится под этой станцией, люди, которые занимались бурением и были у нас здесь, в этой студии, оценивают в миллион лет.

С.А. Да. И речь идёт о тех слоях, которые находятся непосредственно над этим знаменитым озером Восток. Но, как известно, эти буровые работы сейчас приостановлены. Я об этом не буду рассказывать, потому что предыдущие наши коллеги уже рассказывали об этом.

А.Г. И о причинах тоже.

С.А. Да, это очень интересная часть работы.

Но что касается наших исследований, первые пробы мы взяли в конце 74-го года – в начале 75-го года. И уже первые наши результаты были положительные. Очень мало мы обнаружили микроорганизмов, но всё-таки они там были. У нас возникли сомнения. Может быть, это загрязнение, несмотря на то, что мы всё тщательно продумывали? Здесь я не буду рассказывать подробно эту методику.

М.И. Это специальный, конечно, вопрос.

А.Г. всё-таки расскажите в двух словах о методике, чтобы мы представляли себе, о чём идёт речь.

С.А. Методика заключается вот в чём. Бурение проводил институт, который тогда назывался Ленинградский горный институт. Там очень хорошие специалисты-буровики, хорошая школа. И сотрудники института Арктики и Антарктики проводили эти работы, работы велись под их руководством.

Из скважины извлекается ледяной керн, это такой цилиндр. Затем из этого керна нужно было отобрать пробу. Пробу надо было отобрать таким образом, чтобы микроорганизмы, случайно попавшие на поверхность этого керна, не попали бы в наши пробы. И для этой цели была разработана специальная технология отбора пробы из центральной части этого керна.

Для этой цели мы прибегли к такому методу. Откалывали торец керна таким образом, чтобы не происходило никакого прикосновения к центральной части керна. Поэтому мы придумали такое кольцевое скалывающее устройство. При незначительном сжатии этого кольцевого устройства торец керна откалывался, и получалась девственно чистая поверхность. Мы эту поверхность опускали на ледотаялку с воронкообразной поверхностью.

А.Г. Которая была стерильной, разумеется.

С.А. Да, стерильной, и затем через специальную приёмную трубку проба попадала в стерильную колбу с перетянутым горлышком, в которой уже находилась питательная среда.

М.И. То есть, из центральной части керна получалась талая вода, которая не соприкасалась ни с краями керна, ни с чем. Только с этой стерильной поверхностью. И эта талая вода и служила уже для изучения количества микроорганизмов, ледового их состава и так далее.

С.А. Горлышко колбы мы немедленно запаивали, не разъединяя. Таким образом, получалась такая огромная ампула, так что мы были абсолютно уверены, что ничего в эту колбу, кроме как из центральной части керна, не попало. Вот, в общем, очень коротко, в чём суть этой методики.

М.И. Надо сказать, что лёд в этом отношении идеальный объект, потому что он монолитный. Если в этом керне есть трещины или какие-то изъяны, этот кусок просто бракуется. А если это монолитный столбик льда, то этот столбик как раз и используется для исследований.

А.Г. Это гарантия того, что в него не попали посторонние…

М.И. Вы ж понимаете, много ведь изучалось микрофлоры буровых кернов, скважин, которые бурятся в различных горных породах. Но практически во всех этих горных породах есть поры, есть трещины, есть возможность загрязнения керна при бурении. Лёд в этом отношении практически идеален.

А.Г. И что вам удалось обнаружить при первой же пробе?

С.А. Уже при первой экспедиции мы пробурили 105 метров, обнаружили различные формы микроорганизмов – бактерии, грибы, дрожжи, актиномицеты.

А.Г. Которые находились в состоянии анабиоза?

С.А. Да. И после рассева в строго стерильных условиях из этой колбы мы получали незначительное количество представителей названных групп.

М.И. То есть культуры этих групп.

А.Г. Они начинала делиться, то есть они были жизнеспособны?

С.А. И вот на первой схеме у нас показано распределение различных групп микроорганизмов в толще ледника. Здесь очень интересная получается картина. Неспорообразующие микроорганизмы преобладают в верхних горизонтах ледника. А по мере углубления в ледник увеличивается относительное количество спорообразующих бактерий по отношению к неспорообразующим. И в то же время общая картина идёт к тому, что количество обнаруживаемых этим методом микроорганизмов постепенно падает. И уже на глубине, я уже не буду подробно рассказывать, примерно две с половиной тысячи метров уже процент колб, давших рост микроорганизмов, составляет только около трех процентов.

А.Г. А какой вывод вы делаете: что количество микроорганизмов вообще уменьшается или уменьшается количество жизнеспособных?

С.А. Количество жизнеспособных микроорганизмов уменьшается. Я назвал бы эту часть нашей работы первым этапом исследователей.

А.Г. То есть вы нашли предел анабиоза?

М.И. Нет, до предела не дошли…

С.А. Так была экспериментально проверена возможность длительного анабиоза микроорганизмов, исчисляемого десятками и сотнями тысяч лет.

М.И. Самые нижние образцы какой возраст имеют?

С.А. Самые нижние образцы имеют возраст 400 тысяч лет – по нашим данным. Но уже после наших работ (это уже общеизвестные работы) другие исследователи из Московского университета и из Пущино, которые проводили активные работы с вечной мерзлотой, нашли в слоях вечной мерзлоты образцы, которые имеют возраст пять миллионов лет, семь миллионов лет. Им уже теперь стало легче, потому что действительно экспериментально было показано существование сверхдлительного анабиоза. Теперь уже с этим никто не спорит.

А.Г. И на этих горизонтах в семь миллионов лет они находят жизнеспособные организмы, да?

С.А. Да, да.

М.И. Причём, интересно, что в работах с вечномёрзлыми грунтами, с вечномёрзлыми породами находят даже большее количество жизнеспособных клеток. Потому что в антарктический ледник микрофлора попадает через атмосферу вместе с пылевыми частицами, Саббит Салахутдинович нам об этом ещё два слова скажет.

С.А. Да, обязательно скажу.

М.И. Поэтому в леднике их относительно небольшое количество. Понимаете, ледник не является сферой активной жизни микроорганизмов. А вот мёрзлые породы и мёрзлые почвы до того, как они стали мёрзлыми, они являлись активной системой.

А.Г. Органикой.

М.И. Да. Поэтому там исходное количество микроорганизмов было на порядки больше, чем исходное количество тех микроорганизмов, которые поступили с пылью в Антарктиду. И, естественно, при том же проценте там гораздо большее количество микроорганизмов обнаруживается в этих мёрзлых породах, чем во льдах, и гораздо больше разнообразие микроорганизмов. Но, так сказать, система остаётся прежней. Вот уже образцы мерзлоты с пятимиллионным возрастом содержат жизнеспособную микрофлору в достаточно большом разнообразии и в большом количестве.

С.А. Возвращаясь к нашим исследованиям, на этой схеме очень хорошо представлена эта картина. Нам интересно посмотреть вот что: ну, хорошо, микроорганизмы на наших питательных средах не растут. Это не значит, что их там нет. Во-первых, мы можем не угадать, какая требуется среда для тех микроорганизмов, которые мы можем обнаружить.

А.Г. А вы какие среды использовали?

С.А. У нас среда была очень простая. Это был картофельный отвар, обогащённый дрожжевым автолизатом. Оказалось, что, в общем-то, очень широкий круг микроорганизмов растёт на этой среде.

Теперь о следующем, втором этапе наших исследований – когда мы изучали пробы на мембранных фильтрах. При подсчёте под микроскопом там мы обнаруживали очень большое количество микроорганизмов – в сравнении, конечно, с тем, что мы обнаружили первым нашим методом, методом высева. Здесь уже мы обнаруживали порядка ста, тысячи клеток в одном миллилитре.

Было очень интересно – в каком же состоянии находятся эти микроорганизмы? И среди них оказались жизнеспособные. Это было показано радиоизотопным методом, который проводила в нашем институте старший научный сотрудник Ирина Николаевна Мицкевич. Она подсчитывала этим радиоизотопным методом возможность усвоения меченого углерода.

Затем применялся очень интересный метод окрашивания флуорескамином этих проб на фильтрах, который проводила Маргарита Николаевна Поглазова. Эти результаты нам позволили прийти к очень интересному выводу, что распределение микроорганизмов в толще антарктического ледника имеет какой-то скачкообразный характер. Вот на следующей схеме эта очень интересная работа показана, это можно даже назвать вторым открытием, я бы так назвал его.

Потому что, когда на нашей планете происходит резкое понижение температуры, наступает ледниковый период, усиливается атмосферная циркуляция, обнажается шельф морей и океанов. И этими мощными потоками воздуха огромное количество микроорганизмов и пыли несётся во всех направлениях по нашей планете. И, в том числе, на поверхность ледников. И, оседая на поверхность ледников, они уходят, как говорится, в вечность. И вот эту картину мы обнаружили в толще ледника Антарктиды. Когда сопоставили количество микроорганизмов – вот на этой схеме очень хорошо видно. Внизу чёрные графики – это пыль.

М.И. Частички, пылевые частицы.

С.А. Эту часть исследований проводили наши французские коллеги. А вот выше точками изображено количество микроорганизмов, присутствующих в этих слоях. Очень интересное совпадение. То есть, много микроорганизмов и, соответственно, много и пыли.

А.Г. И тем ниже температура.

С.А. И если сопоставить это с верхним графиком, где температура, очень хорошо видно: низкие температуры, значит, выше количество как микроорганизмов, так и пылевых частиц. Значит, климатическое состояние планеты влияет на содержание микроорганизмов в толще вечных ледников. И не только микроорганизмов, но и пылевых частиц. Этот очень интересный факт тоже был установлен нашими исследователями.

М.И. Я хочу только добавить, что, конечно, когда начали применять мембранные фильтры для учёта общей численности микроорганизмов, оказалось, что не все клетки жизнеспособны. Это видно при применении этих специфических цитологических окрашиваний. Количество значительно большее, чем то, что учитывается на питательных средах, значительно больший процент жизнеспособных клеток, но всё-таки, конечно, не все клетки, которые находятся в леднике, не все эти клетки живые. Много и отмерших клеток. Не каждая микробная клетка выдерживает атмосферный перенос – в южном полушарии идёт особенно активный атмосферный перенос из тропических регионов по верхним горизонтам атмосферы, где жёсткая ультрафиолетовая радиация. Вообще, конечно, условия жизни микроорганизмов в атмосфере это не их среда обитания. Кто-то там выживает, кто-то там сохраняется, но многие клетки гибнут. И вот эти и живые и погибшие клетки обнаруживаются, когда начинают использовать не только метод питательных сред, но и метод их мембранных фильтров, на которых видны все клетки.

А.Г. Простите, ради Бога, потому что этот вопрос возникает вне всякого сомнения. У многоклеточных, за редким исключением (земноводные этим славятся) нет способности к анабиозу, потому что при понижении температуры жидкость, которой заполнена клетка, преобразуется в кристалл льда, и она разрывает мембрану и всё остальное. Почему это не происходит у одноклеточных? Что это за механизм анабиоза у них?

М.И. Я, например, затрудняюсь на это ответить. Я думаю, что здесь играют свою роль ультрамикроскопические размеры.

А.Г. То есть, возможность полного высыхания.

М.И. Да, да. Скорее всего, так. Лиофилизация предшествует образованию вот этих ледяных кристаллов.

А.Г. Понятно.

С.А. И, возвращаясь к нашим исследованиям, я расскажу о третьем этапе наших микробиологических исследований толщи ледника. Третьим этапом я считаю этап, когда мы приблизились к ледниковому ложу. Здесь совершенно иная уже обстановка. В предыдущей вашей передаче наши ведущие гляциологи уже говорили, что в нижних горизонтах ледника Антарктиды совершенно иная гляциологическая обстановка.

Микробиологические исследования то же самое показывают – здесь уже совершенно иная обстановка, потому что у ледникового ложа температура, примерно, минус два и четыре десятых градуса. Ну, может быть, минус четыре градуса. Есть многочисленные данные о том, что при этих температурах некоторые формы микроорганизмов могут размножаться. Но там ещё вот в чём специфика ситуации – происходит замерзание и оттаивание, очевидно. Вот этот факт очень «не полезен» для микроорганизмов, они погибают. В этой ситуации уже какие-то иные законы действуют. И нам предстоит во всём этом разобраться, когда мы достигнем самых нижних горизонтов антарктического ледника.

А.Г. А средняя температура в толще льда какая?

С.А. Она постепенно с поверхности, где, скажем, она минус 57 градусов, постепенно по мере углубления…

А.Г. Повышается?

С.А. Повышается. В толще ледника, там минус 45, минус 20. То есть, она постепенно…

М.И. Становится менее отрицательной.

С.А. Да. Но в основной толще ледника очень стабильные условия для анабиоза микроорганизмов. А вот в самых нижних горизонтах ледникового ложа такая ситуация отсутствует. Поэтому нам предстоит много работы, это только-только начало этих исследований, мы об этом сейчас размышляем, думаем, готовимся.

М.И. Это надо моделировать.

С.А. Да. Это работы ближайшего будущего, я надеюсь.

А.Г. Хорошо. Если теория панспермии верна, то жизнь во Вселенной должна распространяться, собственно, по тем же законам, по которым существует Вселенная – равномерно и повсюду. Это значит, что у нас в Солнечной системе не так много планет, которые могут принять жизнь и сделать так, чтобы она существовала. Может быть, на спутнике Юпитера в замороженном виде, может быть, какие-то подземные резервуары на Марсе, если они существуют, но ведь поиски на Марсе так ничего и не дали. Пробы грунта были взяты, но никаких следов.

М.И. Вы понимаете, история с Марсом достаточно любопытна. И любопытность её состоит в том, что Марс и Земля, эти две планеты образовывались примерно в одних и тех же условиях. Из одного и того же протопланетного облака. И если говорить очень кратко о геологической истории Марса, то она включала в себя существование жидкой воды на поверхности Марса.