Путешествие Колдуна II. Экспедиция, которая раскрыла секреты микробиома океана - J. Craig Venter
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Бактерии и другие невидимые для нас микробы существуют на нашей маленькой планете в количестве, превышающем все звезды во Вселенной. Ученые обнаружили их повсюду: в вулканических жерлах, выживших при температурах, которые могут приближаться к 200 градусам по Фаренгейту, в шахтах и пещерах, проникающих на многие километры вглубь Земли. Они пронизывают почву и все водоемы, от дождевых луж до океанов, покрывающих 70 процентов поверхности Земли. Они живут в каждом человеке, хомячке, червяке и мухе, а также в каждом растении на Земле.
Некоторые бактерии живут в настолько негостеприимной - по крайней мере, для нас - среде, что ученые называют их "экстремофилами". К ним относятся Pyrococcus furiosus, процветающий в гидротермальных источниках в глубинах океана; некоторые виды Synechococcus lividus, обитающие во льду при температуре минус 25 градусов Цельсия; и причудливо выносливый Deinococcus radiodurans, который может выживать в столь суровых условиях, что его называют полиэкстремофилом1. В 2020 году японские ученые сообщили, что D. radiodurans, прикрепленный к внешнему корпусу Международной космической станции, в течение трех лет выживал в вакууме космоса и под воздействием интенсивного ультрафиолетового излучения Солнца. Книга рекордов Гиннесса называет его "самым радиационно-устойчивым микробом в мире".
Бактерии, называемые эндоспорами, которые состоят только из простого генома, небольшого количества цитоплазмы и толстой стенки, устойчивой к нагреванию, радиации и другим экстремальным условиям, могут лежать без движения тысячелетиями и при этом возрождаться. В 1995 году журнал Science сообщил о возрождении бактериальных спор, встроенных в насекомых, сохранившихся в янтаре более двадцати пяти миллионов лет.
Бактерии и другие микробы живут и в атмосфере Земли, где обитает около 1022 микробных клеток.6 По словам химика-атмосферолога Кимберли Пратер, они попадают в воздух, "будучи принесенными с земли и с моря ветром". Большая часть работы Пратер в Океанографическом институте Скриппса и Калифорнийском университете в Сан-Диего посвящена тому, как микробы способствуют образованию ледяных кристаллов в верхних слоях атмосферы, которые вызывают дождь. Солнечным днем в своем кабинете с видом на океан в Ла-Джолле она объяснила, что "в центре каждого кристалла льда находится частица - аэрозольная частица". Это очень важно понимать, потому что "если у вас нет этих частиц для водяного пара в верхних слоях атмосферы, на которых образуется лед, вода остается паром, и у вас нет дождя". Но эти частицы "могут быть пылью и другими материалами, а могут быть ми-кробами". Иными словами, в дождливые дни некоторые капли, попадающие на лица, зонтики, цветы и окна, содержат микробы. По мнению Пратера, "микробы интересны тем, что они, похоже, являются лучшими частицами, которые можно использовать для засева облаков, чтобы вызвать дождь". Подтекст очевиден для таких специалистов по засеиванию облаков, как она, которые пытаются понять, как сделать так, чтобы в местах, страдающих от засухи, выпадало больше осадков. Одно из решений, по ее словам, заключается в том, чтобы наполнить атмосферу бактериями.
Большинство микробов практически не покидают микрониши, которую они называют своим домом. Микробы распространяются ветрами, водными путями и животными на земле, в воздухе, в реках и океанах. Нередко микробы, зародившиеся, скажем, в пустыне Сахара, подхватываются пассатами и уносятся на запад, чтобы поселиться на Карибах, юго-востоке США и даже на севере штата Мэн.8 Этим дальним перемещениям способствуют люди - например, когда корабли переносят балластные воды, возможно, принимая их у берегов Вьетнама, а затем сбрасывая в гавань Сан-Диего. Другие микобактерии зарождаются в одном организме и переходят в другой, как это, вероятно, произошло в 2019 году, когда мутировавший коронавирус, зародившийся у летучих мышей в лесах южного Китая, заразил человека, а затем стал распространяться от человека к человеку, как лесной пожар.
Как уже упоминалось выше, бактерии были обнаружены даже в космосе. Люди принесли их на Международную космическую станцию (МКС) на своих телах, на оборудовании и одежде, в воде и пище, а также на мышах и других животных и растениях, доставленных на орбиту для экспериментов. Бывший сотрудник JCVI по микробиологии Обри О'Рурк недавно изучил образцы бактерий с космической станции, чтобы оценить, как на них повлияло солнечное и космическое излучение в космосе. "Эти крупные частицы радиации просто бомбардируют ДНК, - говорит О'Рурк, - и это происходит как с астронавтами, так и с бактериями на станции. Поэтому мы ставим на космической станции эксперименты, в которых мы можем контролировать радиацию и ее влияние". Его команда также изучает влияние микрогравитации и изменения в видах бактерий, обнаруженных у астронавтов после пребывания на космической станции.
Крейг добавляет, что бактерии, вероятно, существуют и за пределами Земли - на Марсе и, возможно, на других планетах, хотя мы пока не нашли этому подтверждения. "Бактерии настолько древние и эффективные", сказал он, "что вполне вероятно, что они существуют, если те же самые основные ингредиенты жизни существуют на других планетах".
БАКТЕРИИ бывают самых разных размеров, форм и цветов и, как правило, являются одноклеточными организмами, а не состоят, как мы, из ста триллионов клеток, работающих вместе. Тем не менее, в различных уголках природы, где бактерии иногда группируются парами или образуют вытянутые цепочки или маты клеток, называемые биопленками, можно встретить практически все. Их диаметр варьируется от одного до двух микрон, а длина - от пяти до десяти микрон, плюс-минус. (Клетки человека варьируются от этого размера до 150 микрон.) Хотя большинство бактерий имеют сферическую или палочковидную форму, некоторые из них похожи на запятые, спирали, изогнутые стержни и звезды.
Отдельные клетки, содержащие ДНК, которая не находится в протективном ядре, называются прокариотами. Клетки с ядром, как у всех млекопитающих, называются эукариотами. В любом случае бактериальная ДНК обычно располагается в хромосомах линейной или круглой формы, которые плавают в цитоплазме организма внутри клеточной стенки или мембраны.
Различные виды бактерий получают энергию из разных источников. Например, фотосинтезирующие бактерии используют энергию солнца в сочетании с углекислым газом и водой для производства глюкозы и кислорода. Другие бактерии
