В минводе «Ессентуки» найден родственник «Луки»
Ученые полагают, что примерно 20% биомассы нашей планеты состоит из микроорганизмов, живущих под землей. Они населяют осадочные и магматические породы, водоносные и даже нефтяные пласты. Подземная биосфера хорошо защищена от стихий и катаклизмов на поверхности. Скрытые от солнца микробные сообщества крайне консервативны с эволюционной точки зрения. По своей структуре они могут быть похожими на те экосистемы, что существовали миллионы, а, возможно, и миллиарды лет назад.
Исследователи ФИЦ биотехнологии РАН вместе с сотрудниками геологического факультета МГУ изучили естественную биоту минеральной воды «Ессентуки», добываемой с глубины около километра. Самый глубокий горизонт населяли микроорганизмы, чей способ питания был сходен со способом питания предполагаемого архипредка всех живущих на Земле организмов. В научном сообществе его назвали LUCA — Last Universal Common Ancestor.
Популяция «Луки» существовала в палеоархейский или даже катархейский период 3,5–4,5 миллиарда лет назад. Ископаемых остатков этого микроорганизма не сохранилось, но ученым удалось смоделировать его геном.
Ученые полагают, что за счет длительных геологических процессов и воздействия геохимических факторов в водоносных пластах Ессентукского месторождения образовались условия, которые можно считать подобием древнейших земных экосистем. Выводы ученые изложили в статье в журнале mBio.
Хронологически горизонты Ессентукских минеральных вод относятся к юрскому и меловому периодам. Но в подземелье может открываться дверь в гораздо более далекое прошлое Земли. На поверхности химические и биологические структуры крайне нестабильны из-за колебаний температуры и влажности, воздействия агрессивных химических веществ, ультрафиолета. Под землей все гораздо стабильнее и размереннее. Время там как бы замирает или течет очень медленно.
Подземные микробные сообщества живут в поистине нечеловеческих условиях — без света и кислорода и под значительным давлением. Для питания они используют растворенные в воде минеральные вещества и газы, а также частицы горных пород. Биологи описали извлеченные из глубины микроорганизмы и пришли к выводу, что по эволюционному развитию они близки к древнейшим обитателям Земли.
Первый автор статьи Дарья Заварзина, старший научный сотрудник лаборатории метаболизма экстремофильных прокариот ФИЦ Биотехнологии РАН, сообщает, что ученые провели анализ геологических и гидрохимических параметров трех водоносных пластов и изучили живущие в них сообщества микроорганизмов. «Население» самого глубокого горизонта на 80–90% состояло из ацетогенных бактерий, использующих в метаболизме углекислый газ и водород. Аналогичным образом вырабатывал жизненную энергию и гипотетический «Лука».
До этого микробиологи изучали скважины 49-Е и № 46, откуда с 1848 года добывается в промышленных объемах лечебно-столовая вода марок «Ессентуки № 4» и «Ессентуки № 17». Их целебные свойства врачи объясняют концентрацией ионов гидрокарбоната, борной кислоты и углекислого газа. В биоте этих источников основную массу составляли древние прокариоты (безъядерные организмы, в отличие от эукариот, чьи клетки содержат ядро) — археи Hadarchaeota и бактерии Actinomycetota. Архей вырастить в лабораторных условиях не удалось, а один из представителей актиномицетов успешно дал в пробирке чистую культуру.
В новой работе ученые проанализировали сообщества микроорганизмов из трех горизонтов, взяв пробы из пяти скважин. Микробиологи сделали вывод, что разнообразие популяции напрямую связано с глубиной залегания водоносного горизонта. Наибольшее разнообразие видов наблюдалось в образцах приповерхностных вод скважины № 70. Микроорганизмы из этой скважины плохо культивировались in vitro. В водах типа «Ессентуки №4», из скважин № 49-Е и №71, господствовали представители вида Methanobacteriota. Также там были обнаружены некультивируемые Aminicenantia и актиномицеты Coriobacteriia и группы RBG-16–55–12.
Минеральная вода из скважины № 46 («Ессентуки № 17»), отличались многообразием некультивируемых архей Hadarchaeales, Thermoplasmata и Halobacteriota, составляющих вместе до 40% популяции.
Вода из скважины 75-бис, добываемая с самого глубокого верхнеюрского горизонта, продемонстрировала минимальное биологическое разнообразие. От 80 до 95% сообщества составляла теплолюбивая ацетогенная бактерия вида Aceticella autotrophica, описанная ранее при анализе проб из термальных источников на Камчатке. Эта бактерия получает энергию, преобразуя углекислоту и водород в уксусную кислоту и воду. Так же мог питаться и «Лука» — родоначальник всех живых организмов на Земле.
Дарья Заварзина делает вывод, что исследователи впервые в истории обнаружили пример экосистемы, подобной той, где три с половиной миллиарда лет назад существовал «Лука». Глубина залегания верхнеюрского горизонта создала необходимые условия для консервации примитивной формы жизни. Медленный водообмен, высокое содержание углекислого газа и комфортная температура оказались благоприятными для спокойной жизни бактерий без эволюции и потрясений.
Автор надеется, продолжая изучение подземных сообществ примитивных прокариот, узнать больше о ранних этапах эволюции на Земле.
Ранее ученые из Китая обнаружили уникальные эмбрионы трилобитов кембрийского периода.
