Эксперимент раскрыл секрет живучести замороженных микробов до 100 000 лет
Анализ ДНК микробов, изолированных в сибирской вечной мерзлоте, показал, что они оставались жизнеспособными свыше 100 000 лет. Их генетическое сходство с другими видами позволяет предположить, что такая удивительная живучесть может быть широко распространена среди ближайших живых родственников всех организмов со сложными клетками.
Микробы, сохранившиеся в чрезвычайно древних морских отложениях — некоторым более 100 миллионов лет — нередкая находка, но остается неясным, способны ли отдельные организмы выживать так долго.
«Я не могу провести эксперимент такой продолжительности, — признает биогеохимик Карен Ллойд из Южно-Калифорнийского университета. — [Время] — это самая странная переменная, с которой приходится работать».
Для исследования, препринт которого выложен на bioRxiv, Ллойд и ее коллеги решили найти микробов в местах, которые, как они знали, не менялись в течение очень длительных периодов времени: логично предположить, что если там осталась какая-то жизнь — она такая же древняя, как окружающая среда. Эти поиски привели ученых на полуостров Чукотка на самом восточном краю Сибири, где они пробурили 22-метровый керн вечной мерзлоты.
Это позволило исследователям отобрать образцы ДНК из морских отложений, которые замерзли где-то между 100 000 и 120 000 лет назад. Этот слой содержит поры с жидкой водой, где могли остаться микробы — без питательных веществ и возможности для организмов проникать внутрь или выходить наружу.
Следующей задачей было отличить живые клетки от мертвых. Для этого исследователи секвенировали миллионы фрагментов ДНК из вечной мерзлоты, используя их для восстановления геномов всех возможных видов микробов. Затем в смесь добавили фермент, восстанавливающий поврежденную ДНК, и повторили процесс реконструкции.
Большинство восстановленных геномов стали гораздо более полными после этого, из чего можно сделать вывод, что они произошли из мертвых клеток, которые не поддерживали активно целостность своей ДНК, объясняет исследовательница. И только шесть геномов почти не изменились — то есть они поддерживали целостность ДНК с момента замерзания по крайней мере 100 000 лет назад.
Все шесть видов с неповрежденной ДНК принадлежат к типу Promethearchaeota, также известному как асгард-археи. Эти организмы считаются ближайшими живыми родственниками всех эукариот — домена жизни, который включает животных, растений, грибов и протистов.
«Обнаружение живых асгард-архей в древней вечной мерзлоте открывает окно в их эволюционную историю», — говорит соавтор исследования Рэнсин Лян из Китайского университета геонаук.
По его мнению, это «позволяет понять, как они могли повлиять на возникновение сложных форм жизни», особенно в периоды, когда Земля была полностью замерзшей.
Еще одной неожиданностью стало то, что виды-долгожители не имеют существенных отличий от асгард-архей, найденных в менее суровых условиях. Все они обладают схожими генами, отвечающими за восстановление белков и ДНК. Это, возможно, и позволило им медленно заменять части своих клеток — без деления — находясь в условиях крайне низкого энергопотребления.
«Самые скучные асгарды на свете. То, что они ничем не примечательны, означает, что все они, вероятно, на это способны», — полагает Ллойд.
Профессор Стивен Д’Хондт из Род-Айлендского университета назвал это исследование «настоящим прорывом» в понимании механизмов крайне долгой жизни — как степени их распространенности, так и эволюционной основы.
Однако он предостерег от бездумного обобщения этих выводов за пределы замерзших сред вроде вечной мерзлоты: «Провести долгое время в замерзшем состоянии без какой-либо активности — это не то же самое, что жить долгое время с очень низким уровнем активности».
