Экстремальные среды дают ключи к внеземной жизни

Лаборатория геомикробиолога Мэтта Шренка из Университета штата Мичиган при поддержке Института астробиологии NASA в течение последнего десятилетия изучала жизнь в экстремальной среде — щелочном водоносном горизонте в районе озера Лоуэр в Калифорнии. Поскольку подобные условия существуют в космосе (в недрах Марса и океанах ледяного спутника Сатурна Энцелада), микроорганизмы этого водоносного горизонта и их поведение могут дать представление о потенциальной внеземной жизни.

Две бывшие аспирантки факультета наук о Земле и окружающей среде MSU, Линдси Путман и Мэри Сабуда, недавно опубликовали статьи по этому исследованию. Они работали на одном полевом участке, для которого характерен процесс серпентинизации — реакции богатой железом породы с водой с образованием серпентиновых минералов и выделением восстановленных газов, таких как водород и метан.

Исследование Путман, опубликованное в mSystems, представляет модель сборки сообщества — экологический подход, изучающий состав и количество видов микроорганизмов в локации для объяснения процессов, влияющих на изменения их состава в пространстве и времени. С 2011 по 2017 год Путман и её коллеги несколько раз в год отбирали пробы со дна шести скважин.

Неожиданно выяснилось, что экстремально высокий pH на дне скважины был не единственным фактором, влияющим на состав сообщества; большую роль играла и физическая среда. Поскольку вода в водоносном горизонте движется крайне медленно (около 300 лет на километр), микробные сообщества почти не смешиваются и не взаимодействуют друг с другом. Эта изоляция привела к высокому уровню случайной вариации в их составе. В то же время экстремальные условия pH привели к тому, что сообщества стали генетически более схожими, чем можно было ожидать. Работа Путман, основанная на большом массиве данных за многие годы, даёт надёжные результаты — это единственное долгосрочное исследование подобной серпентинизирующей системы.

Параллельно Сабуда опубликовала в JGR Biogeosciences первую детальную работу по химическому составу воды и микробным сообществам в той же системе. В отличие от Путман, которая отбирала пробы только со дна скважин, Сабуда взяла пробы воды на пяти разных глубинах в одной скважине, чтобы изучить процессы, происходящие под поверхностью в малом масштабе.

Сабуда обнаружила, что в этой среде микробы потребляют такие соединения, как водород и монооксид углерода, в результате чего мощный парниковый газ метан диффундирует в почвы и, возможно, в атмосферу. Для определения экологических последствий этих процессов на поверхности необходимы дальнейшие исследования.

Результаты обеих работ помогают создать более полную картину этой экстремальной среды под нашими ногами и дают ключи к пониманию того, какой может быть жизнь за пределами нашей планеты. Эти исследования открывают путь для дальнейшей работы на этом и подобных экстремальных участках, которые рассматриваются для геологического секвестирования диоксида углерода для борьбы с изменением климата.