Когда ученые обнаружили особь неизвестного ранее вида червя в глубине земной коры, необычайно удачное стечение обстоятельств привело к изменению нашего представления о жизни в экстремальных условиях, пишет Русская служба BBC.
Представьте себе, что вам удалось просверлить почву и забраться глубоко под земную кору. Там вам стало бы некомфортно очень быстро.
При отсутствии солнечного света вы бы погружались все ближе к расплавленному ядру, температура и давление повышались бы, грунтовые воды заполняли бы щели в каменной породе… Неудивительно, если бы вы в такой ситуации пришли к выводу, что никакой организм не может выжить на глубине 1,3 км.
Но если вам повезет, то вы увидите миллиарды бактерий, которые иногда собираются в ярко-оранжевые или белые группы, напоминающие коврики. А если бы у вас был микроскоп, то вы, возможно, смогли бы увидеть крошечного червя, использующего свои отростки, чтобы ползти по камням.
Это — Halicephalobus mephisto, или дьявольский червь. Он охотится на микробов. Совершенно крошечный (длина червя сопоставима с толщиной нескольких волосинок человека), в этой лилипутской экосистеме он тем не менее подобен гиганту.
Когда червь умирает в склизкой, полной микробов пленке на каменистой породе, его тело, полагают ученые, поглощают бактерии и другие организмы, тем самым поддерживая этот странный подземный цикл жизни.
До 1980-х большинство биологов считали, что жизнь не может существовать под землей на глубине больше 30 см. Открытие дьявольского червя в 2011 году, однако, полностью изменило наши представления о глубинах Земли.
История дьявольского червя показывает, что для жизни всегда найдется возможность — даже без солнечного света или достаточного объема кислорода, что меняет представления ученых о том, в каких условиях организмы могут выживать, а также побуждает рассматривать новые идеи о происхождении жизни — и о ее будущем.
«Если мы нашли там червя, то что еще мы пока не нашли?» — задается вопросом геомикробиолог Карен Ллойд из Университета Южной Калифорнии.
Благодаря необычайно удачному стечению обстоятельств, ученым удалось произвести потомство единственной найденной особи дьявольского червя. С тех пор они активно изучают получившихся отпрысков, чтобы понять, как этот вид выживает в раскаленной и темной Земле.
На большой глубине
Первые убедительные доказательства о существовании организмов глубоко под землей появились совсем недавно — к примеру, в 1997 году в буровой скважине для разведки газа на глубине 2,8 км исследователи обнаружили бактерию.
Биолог, специалист по червям Гаэтан Боргони, основатель некоммерческого исследовательского института Extreme Life Isyensya в Бельгии, в начале 2000-х задался вопросом: могут ли небольшие черви — круглые черви, или нематоды — существовать глубоко под землей?
Он вспоминает: ученые постарше сначала посмеивались над идеей, что сложные организмы могут существовать в глубинах Земли. Впрочем, Боргони, зная, насколько выносливыми могут быть эти маленькие создания, решил искать ответ на свой вопрос. В конце концов, когда шаттл «Колумбия» разрушился при входе в атмосферу в 2003 году, нематоды, которые были на борту для экспериментов, выжили и продолжили размножаться — несмотря на высокие температуры, силу гравитации и жесткое столкновение с землей во время катастрофы.
В 2008 году Боргони объединился с другими экспертами по экстремофилам (организмам, способным жить и размножаться в особо суровых условиях) и поехал на шахту «Беатрикс» в Южной Африке.
Боргони вспоминает, как на глубине около 1,3 км они достигли отверстий, просверленных в стенах шахты, чтобы добыть грунтовую воду с температурой около 37 градусов Цельсия и прогнать ее через специальные фильтры, разработанные для того, чтобы ловить маленькие организмы. Отфильтровав более 6 тыс. литров воды, исследователи поймали одного крошечного червя.
В двух других южноафриканских шахтах исследователи отфильтровали еще больше воды (в одной из них — больше 12 млн литров) и обнаружили несколько разных видов круглых червей, а также некоторых других беспозвоночных, грибы и несколько микроскопических организмов.
«Я не ожидал, что обнаружу там целый зоопарк», — вспоминает Боргони. Большинство найденных видов уже были известны из исследований поверхности Земли, но червь из шахты «Беатрикс» (сломавший хвост в процессе фильтрации) был до того неизвестен ученым. Он получил название Halicephalobus mephisto.
Повреждение хвостового отдела — смертельный приговор для круглых червей. К счастью, найденный экземпляр был самкой, а сам вид — партеногенетическим, то есть способным размножаться без участия самцов, и найденный червь перед смертью оставил восемь жизнеспособных яиц. Боргони называет это «очень-очень большой удачей», поскольку больше ни одного дьявольского червя ученые не нашли.
Некоторые из потомков найденного червя оказались в лаборатории Джона Брахта, исследователя в области геномики из Американского университета в Вашингтоне.
Брахт поместил их в чашки Петри в условиях, подобных тем, в которых живет родственный вид — Caenorhabditis elegans, хорошо изученный круглый червь, питающийся бактериями, в том числе E.coli.
У двух видов нашлись большие различия: дьявольский червь не плавает в воде в чашке Петри, вместо этого он цепляется к стенкам пластикового сосуда. Эта способность, вероятно, помогает ему цепляться за каменные породы под землей.
Дьявольский червь также предпочитает другие бактерии, а не E.coli. Но самое интересное — он плохо переносит комнатную температуру: при 20 градусах Цельсия его рост замедляется, а срок жизни составляет лишь восемь дней. Этот вид предпочитает температуру в 37 градусов; для Caenorhabditis elegans она была бы смертельной, но дьявольский червь в таких условиях размножается каждые два дня.
Приспособлен к тяжелым условиям
Изучать вид, имея в качестве примера только потомков одной особи, да еще и не в естественной для него среде обитания, очень сложно. Но Брахту удалось найти несколько возможных ответов на вопрос о том, как червь способен выживать так глубоко под землей.
В 2019 году Брахт вместе с коллегами секвенировал ДНК дьявольского червя. Ученые обнаружили необычайно много генов, которые производят белки теплового шока — молекулы, которые защищают другие белки от вреда, наносимого экстремальными температурами.
В 2024 году команда Брахта занялась изучением другой молекулы — цитохром-с-оксидазы. Она играет важную роль в потреблении кислорода и поддержании жизни.
Проведя ряд экспериментов, Брахт выяснил, что у дьявольских червей цитохром-с-оксидаза функционирует только при высоких температурах. При комнатной температуре эти молекулы попросту «отключаются», тем самым замедляя производство энергии. Это объясняет, почему дьявольские черви с трудом переносят такие температуры.
По теории Брахта, это «отключение» может быть тактикой выживания. «Они заботятся о том, чтобы лучше размножаться в более благоприятных условиях, то есть при более теплой температуре», — говорит он.
Сейчас Брахт изучает, является ли партеногенез дьявольских червей тактикой выживания. Дьявольские черви могут никогда не пересекаться с другими представителями своего вида на подземных просторах, так что асексуальное размножение временами может быть единственной возможностью для них завести потомство.
У асексуального размножения есть большой недостаток: в отличие от полового размножения, оно не создает здорового генетического разнообразия. Многие ученые считают, что партеногенетические виды из-за этого обречены на вымирание.
Возможно, существуют и самцы дьявольских червей, и сексуальное размножение возможно, если особи встречают друг друга, строит догадки Брахт. Но пока что их не обнаружили. В любом случае, эти черви, очевидно, отлично приспосабливаются к условиям. «В любом месте, где есть источник питания и куда могут добраться животные, круглые черви тоже эволюционируют, чтобы занять эту нишу», — говорит он.
Как черви забрались так глубоко
Помимо вопросов о том, как дьявольские черви живут и размножаются в экстремальных условиях, ученых интересует и то, как эти живые организмы забрались так глубоко. Боргони и геобиолог Карой Магнабоско из Швейцарской высшей технической школы Цюриха на основе своих исследований предполагают, что как минимум некоторые круглые черви пробиваются вглубь с поверхности вместе с водой. Возможно, им помогает сейсмическая активность.
«Должна существовать какая-то связь и какой-то „транспорт“, чтобы эти организмы попали с поверхности глубоко под земную кору», — говорит Магнабоско.
По оценке Магнабоско и других исследователей, микробы, живущие глубоко под землей, составляют от 12 до 20% от всей биомассы микробов Земли. Эти подземные бактерии, весьма вероятно, играют ключевую роль в выживании более сложных организмов, например нематод.
Бактерии — не только источник питания, но и, вероятно, источник небольшого объема кислорода, необходимого для круглых червей, говорит Карен Ллойд. Беспозвоночные, в свою очередь, становятся источником питания для бактерий.
Подобного рода экосистемы, скорее всего, существуют с древнейших времен.
В 2021 году геомикробиолог Мэгги Лау и ее коллеги из китайского Института глубоководных исследований и инженерии выяснили, что бактерии Desulforudis audaxviator, обнаруженные глубоко под землей на трех разных континентах, почти идентичны генетически, хотя на поверхности их никогда не находили.
Лау с коллегами полагают, что этот вид бактерий мог существовать в земной коре с момента разделения суперконтинента Пангеи. Этот процесс начался около 165 млн лет назад, когда по миру гуляли динозавры.
Дьявольский червь и другие подземные организмы могут быть самыми выносливыми существами на Земле. Изучение глубинной биосферы, говорят эксперты, может помочь нам лучше понять, в каких условиях зародилась жизнь на нашей планете — и даже помочь в поисках инопланетной жизни. Если есть жизнь на Марсе, то, скорее всего, она скрывается под поверхностью планеты.
И если астероид упадет на Землю, убьет все живые организмы и стерилизует поверхность, жизнь вполне сможет заново зародиться от существ, обитающих под землей.
«Мы, люди, думаем, что мы правим миром, но это не так», — говорит Эста ван Хеерден из южноафриканской биоремедиационной компании iWater, участница экспедиции Боргони, приведшей к открытию дьявольского червя.
«Для меня это очень уничижительный опыт — осознать, что они тут были на протяжении миллионов, если не миллиардов лет и что они будут тут еще очень-очень долгое время после того, как мы исчезнем».
