Исследователи изучают размер, глубину и происхождение подземной биосферы

Ученые разработали новый метод оценки жизнеспособности и активности микроорганизмов в глубокой подземной биосфере Земли, основанный на скорости повреждения и восстановления белков в клетках. Этот подход позволил получить более точные данные о минимальном количестве энергии, необходимом микробам для выживания на больших глубинах, и пересмотреть представления о размерах этой экосистемы.

Исследование, поддержанное в том числе Институтом астробиологии NASA, важно для понимания пределов жизни на Земле и других планетах. Традиционные модели, основанные на доступности ресурсов (например, органического углерода) или колебаниях химического состава среды, имеют высокую степень неопределенности. Новый метод напрямую измеряет скорость обновления белков и активную биомассу, не полагаясь на множество допущений о неизвестных параметрах подземной среды.

«Наш подход — это прямое измерение времени удвоения белка и активной биомассы, и он не зависит ни от одного из этих предположений», — пояснил геонаучный профессор Принстонского университета Таллис Онстотт. Метод особенно эффективен для мезофильных и гипертермофильных сред, где трудно определить биогеохимические скорости.

Используя аминокислоту аспарагиновую кислоту, которая существует в «левосторонней» (L) и «правосторонней» (D) формах, команда оценила скорость ее рацемизации (превращения L-формы в D-форму) в зависимости от температуры. Поскольку живые клетки производят преимущественно L-аспарагиновую кислоту, а ее рацемизация деактивирует белки, клетка должна постоянно тратить энергию на замену поврежденных белков. Рассчитав минимальную энергию, необходимую для этого поддержания, ученые оценили пределы жизни.

Применяя метод к образцам из глубоких разломов в Южной Африке, исследователи обнаружили, что обновление аминокислот в клетках занимает около 89 лет на глубине 1 км (27°C) и менее 1–2 лет на глубине 3 км (57°C). Данные также указывают на возможность существования гипертермофилов при 85°C, где белки необходимо обновлять каждые несколько дней. Это ограничивает численность сообществ на таких глубинах.

«Это исследование указывает на то, что глубокая биосфера может составлять меньшую долю живой биомассы Земли, чем изначально предполагалось», — отмечает Онстотт. Работа также проливает свет на возможные сценарии происхождения жизни. Сильный перекос в сторону L-аминокислот в глубокой горячей среде вряд ли возможен без жизни. Это означает, что если происхождение жизни и произошло в глубинах, то предпочтение L-формам появилось позже в процессе эволюции.