Группа исследователей из России и США под руководством профессора Флоридского университета Уэйна Л. Николсона (Wayne L. Nicholson) обнаружила, что целый ряд бактерий рода Carnobacterium, обычно проживающих и размножающихся в вечной мерзлоте по берегам Колымы, не только способны расти в атмосфере сверхнизкого давления (семь миллибар), богатой углекислым газом и почти лишённой кислорода, как на Марсе, но и зачастую преуспевают в ней лучше, чем в своих изначальных, «родных» условиях.

Даже летом окрестности Колымы не выглядят жаркими. Но кому-то и это место приходится родиной. А Марс? (Фото Михаила Гунькина.)Вечная мерзлота — среда, весьма близкая к марсианской почве. Ну а последнюю считают пронизанной замороженной водой, и, как и на Земле, предполагается, что марсианским летом (или на экваторе) её верхний слой тает, образуя пропитанные солями подземные талые участки, где температура примерно равна 0 ˚C. Хотя на поверхности Марса может быть значительно теплее, учёные выбрали для имитации марсианских условий в лаборатории именно 0 ˚C. Дело в том, что из-за разряженной атмосферы и слабой магнитосферы Красная планета подвергается более интенсивной радиационной «бомбардировке», чем Земля. Оттого современный научный мейнстрим полагает, что в почве на глубинах менее 10 см бактериальная жизнь в принципе не способна выживать, а наилучшие по радиации условия и вовсе будут на 15-17 см, где температура как раз достигает нуля по Цельсию.

Длившийся месяц эксперимент имел дело едва ли не с десятком тысяч штаммов бактерий, собранных с глубины 12-20 метров. Шесть оказались вполне жизнеспособны при давлении в 150 раз ниже земного и прочих марсианских прелестях; они даже успешно размножались. Вот имена видов-героев: Carnobacterium alterfunditum, Carnobacterium divergens, Carnobacterium funditum, Carnobacterium gallinarum, Carnobacterium inhibens, Carnobacterium maltaromaticum, Carnobacterium mobile, Carnobacterium pleistocenium и Carnobacterium viridans.

Самое интригующее: эти шесть видов росли в «марсианских» условиях быстрее, чем до этого при комнатной температуре, нормальном земном давлении и кислородной атмосфере.

Учёные осторожно оценивают полученный результат: хотя ясно, что марсианские почвы насыщены солями и при таянии воды в них скорее образуется солевой раствор, нежели нормальная вода, конкретные параметры солевой насыщенности пока неизвестны. (Вот так тщательно мы десятилетиями исследуем Марс!) Поэтому по pH лабораторные условия не воспроизводили марсианские в точности. Так что стопроцентной уверенности, что этим шести видам понравилось бы на Марсе, у нас пока нет.

Кстати, этот род, Carnobacterium, известен не только тем, что процветает на охлаждённом и замороженном мясе в вакуумной упаковке и неплохо переносит УФ-обработку. Он ещё и весьма «космополитичен»: среди мест, где его встречали, есть подлёдное озеро Ванда в Антарктиде, отличающееся гиперсолёностью, вдесятеро превышающей солёность вод, например, Красного моря. Оно солонее даже Мёртвого моря и озера Ассаль. Из похожих локаций можно вспомнить разве что Эльтон — и то в самые жаркие и маловодные месяцы. Словом, приспособленность к высокому pH у бактерий этого рода немалая — по крайней мере на Земле солонее ничего нет.

Исследование перекликается с недавней работой, показавшей способность к длительному выживанию в марсианских поверхностных условиях банальной и далеко не спартанской по запросам кишечной палочки.

Отчёт о работе опубликован в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

NASA предъявило научному сообществу "астробиологическое открытие, которое повлияет на поиск свидетельств внеземной жизни". Учёные обнаружили и изучили микроорганизмы, которые в своём рационе полагаются на мышьяк и используют этот токсичный элемент для строительства клеток. Получается, если земная жизнь закусывает смертью, внеземная может выкинуть чего и похлеще?

Бактерия, обожающая мышьяк, перевернула привычные представления о "живности" (фото NASA, Jodi Switzer Blum) Все живые организмы нашей планеты строятся из шести "кирпичиков": углерода, водорода, азота, кислорода, фосфора и серы (CHNOPS). Фосфор внутри фосфат-иона (PO₄³-) входит в основу структур ДНК и РНК, определяет транспорт веществ через мембрану клетки, играет важную роль в обмене энергии.

Герои нынешнего исследования, стойкие бактерии, обитали в калифорнийском озере Моно (Mono Lake), известного своими ужасными условиями: высокой солёностью и щёлочностью, а также повышенным содержанием мышьяка (фото NASA) Биологи полагали, что CHNOPS – основа жизни во Вселенной. Однако некоторые учёные всё же задавались вопросом: почему на место "первой шестёрки" не могут встать другие химические элементы. Так, мышьяк (As), химически близкий к фосфору, мог бы выполнять его функции. Другое дело, что этот элемент для любой формы жизни является ядом.

Тем не менее AsO₄³- имеет ту же структуру, что и фосфат-ион, образует похожие связи. А значит, он теоретически может внедриться на чужое место.

Твёрже других эту позицию отстаивала геомикробиолог Фелиса Волф-Саймон (Felisa Wolfe-Simon) из NASA. "Мы знаем, что некоторые микробы дышат мышьяком", — заявила она ещё в 2006 году. В 2008-м учёные обнаружили червей, питающихся тяжёлыми металлами. В 2009-м гипотезу существования "жизни на мышьяке", выдвинутую Фелисой со товарищи, опубликовал International Journal of Astrobiology.

Дальнейшие выступления позволили "железной Лизе" собрать вокруг себя единомышленников, которые искали не просто толерантных к мышьяку существ, но тех, что могли извлечь из его использования биологическую выгоду. Так началось изучение самых странных уголков планеты, одним из которых было озеро Моно.

По-своему уникальное озеро стало таким из-за изоляции: пресная вода не поступала в него последние 50 лет. Зато водоём постоянно подпитывали мышьяком минералы, входящие в состав пород соседних гор. Внизу: Фелиса и доктор Рональд Ормленд (Ronald Oremland) из геологического центра США собирают коллекция грязи (фото Henry Bortman)Группа Фелисы собирала ил на берегах и дне водоёма, затем образцы помещались в искусственную среду, в которой преобладали арсенаты и почти отсутствовали фосфаты. Постепенно биологи довели концентрацию соединений фосфора до минимальной, однако даже в таких условиях одна группа бактерий из общей смеси продолжала процветать.

Микробы изолировали и поселили в раствор арсенат-ионов. Дальнейшие наблюдения показали, что в такой среде культура развивалась на 60% быстрее, чем в присутствии того самого жизненно необходимого фосфора. Когда же её лишили и мышьяковой подпитки, колония расти перестала.

Внизу слева бактерии, выращенные на фосфоре, справа – на мышьяке. Учёные отмечают, что в ближайшем будущем они хотят расшифровать геном GFAJ-1 и выяснить, как штамм ведёт себя в естественных условиях, когда его не вынуждают менять "диету" (фото Henry Bortman, Jodi Switzer Blum) Новый штамм назвали GFAJ-1. Учёные определили, что необычные микроорганизмы принадлежат семейству Halomonadaceae, относящемуся к гамма-протеобактериям (gammaproteobacteria), большая часть которых является патогенами.

Чтобы выяснить, как бактерии используют мышьяк, биологи "подсветили" раствор радиометками. Выяснилось, что "съеденный" элемент присутствует внутри органелл клеток, в нуклеотидах ДНК и РНК. При этом содержание арсенат-ионов было таким же, как и ожидаемое количество фосфат-ионов.

Эти данные натолкнули учёных на мысль, что токсичный элемент используется микробами так же, как и фосфор в работе клеточных механизмов. А раз на такое способен штамм GFAJ-1, то и другие микроорганизмы в ходе эволюции вполне могли перейти на подобный "корм". "Нынешнее открытие может стать окном в новый неизведанный мир", — считает Фелиса.

Другие учёные тем временем отмечают, что хорошо бы определить положение мышьяка в молекулах, выполняющих в клетке определённые функции. Например, надо выяснить, к чему приводит замена фосфора на мышьяк в молекуле АТФ. Страдает ли эффективность переноса энергии? Как влияет арсенат-ион на связи с белками и метаболические процессы? В общем, химики жаждут разобраться в деталях не меньше биологов.

Тем временем исследователи NASA твердят, что раз столь неожиданное для науки поведение существует на Земле, то космос может быть наводнён и более фантастическими существами.

Анализ, проведённый на синхротроне национальной лаборатории Стэнфорда (SLAC National Accelerator Laboratory), показал, что мышьяк содержится внутри клеток в форме арсената, а также, что эти ионы образуют связи с углеродом и кислородом подобно фосфату (фото Brad Plummer/SLAC). "Мы расширили понятие "жизнь". Чтобы найти её вне Солнечной системы, нам необходимо думать шире, разнообразнее", — говорит доктор Эдвард Вейлер (Edward Weiler), руководитель одной из научных программ NASA.

Формулировка "много шума из ничего" в данном случае была бы слишком пренебрежительной. Учёные действительно открыли невиданную ранее способность микроорганизмов (хотя их выводы ещё предстоит проверить). Однако и новой формой жизни GFAJ-1 можно назвать с большой натяжкой. Ведь микроорганизмов, обитающих в экстремальных условиях, биологам известно немало. К примеру, мы рассказывали о любителях глубины, невероятных высот, холода, подводного жара и даж е радиоактивных руд (фото Henry Bortman). Раньше мысли о том, что основой жизни может стать не только шестёрка CHNOPS, встречались разве что в фантастических книгах. Правда, частым "гостем" был вовсе не мышьяк, а кремний, который заменял углерод. Теперь же "альтернативная форма жизни" описана в Science.

Но эта история вовсе не о том, что в озере Моно нашли бактерии на мышьяке, — подытоживает Фелиса. – Наше открытие – это напоминание: формы жизни могут быть более непредсказуемы".

Источник: MEMBRANA

Международная группа учёных во главе с Эшелем Бен-Якобом из Тель-Авивского университета (Израиль) разработала тест на IQ... для социальных бактерий.

Paenibacillus vortex формируют поразительно сложные колонии. (Иллюстрация Eshel Ben-Jacob's Bacterial Cybernetics Group.) Исследователям впервые удалось расшифровать геном бактерий Paenibacillus vortex (штамм Vortex), открытых два десятилетия назад профессором Бен-Якобом и его сотрудниками. В процессе секвенирования специалисты попутно разработали и первый в своём роде тест, обнаружив, что Vortex и два других штамма Paenibacillus имеют самый высокий IQ среди всех 500 социальных бактерий с полностью описанной ДНК.

Исследование убивает сразу трёх зайцев. Так, впервые показано, насколько «умными» бывают бактерии: это совершенно новая парадигма, которая только начинает получать признание в научном мире. Во-вторых, продемонстрирован поистине высокий уровень социального интеллекта бактерий. И наконец, работой будут особенно довольны медицина и сельское хозяйство.

Специалисты интересовались генами, которые позволяют бактериям общаться, обрабатывать информацию об окружающей среде, принимать решения и синтезировать агенты в оборонительных и наступательных целях. Выяснилось, что обычные патогенные бактерии имеют весьма посредственный IQ социальной активности. По сравнению с ними Paenibacillus vortex — настоящие гении: в человеческом мире их IQ находился бы на уровне 160 баллов.

Учёные считают, что с помощью этой информации нам будет намного легче перехитрить бактерии. Причём не только для того, чтобы уничтожить их. Многие почвенные виды, к примеру, живут в симбиотической гармонии с растениями. Они помогают корням получать доступ к питательным веществам в обмен на всякие вкусности. По этой причине бактерии применяются в сельском хозяйстве для увеличения продуктивности растений и защиты от вредителей и болезней. Знание о социальном IQ поможет специалистам определить, какие бактерии наиболее эффективны.

Результаты исследования опубликованы в журнале BMC Genomics.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

В ископаемых соляных кристаллах, заполненных жидкостью, были найдены бактерии, у которых за всё это время не прекратился жизненный цикл.

Они… живые!!! Цветные пятна — «корм» древних бактерий, одноклеточные водоросли дуналиелла. (Фото Brian Schubert / Binghamton University.) Примерно год назад геологи из Университета штата Нью-Йорк в Бингемтоне исследовали Долину Смерти на предмет климатических изменений. Они подняли пласт соли, в котором молодой учёный Брайан Шуберт, ныне работающий в Гавайском университете, случайно обнаружил микроорганизмы.

Бактерии оказались «заточены» в крошечных — несколько микрометров в диаметре — пузырьках с жидкостью, которые оказались внутри растущих кристаллов. Пленники соли не двигались и не размножались, находясь в некоем подобии спячки.

Кристаллы соли — «тюрьма» доисторических микробов (фото Michael Timofeeff / Binghamton University)Возможно, они бы и не выжили, если б не их товарищи по несчастью — водоросли из рода Dunaliella, которые всё это космическое время — 34 тысячи лет! — «кормили» их. Таким образом, были созданы микроскопические экосистемы.

Жизнеспособность бактерий проверили в лабораторных условиях. Не удалось точно выяснить, каким образом микроорганизмы восстановили деградировавшую за такой продолжительный срок ДНК, однако спустя два с половиной месяца они занялись размножением! Правда, произошло это только с обитателями пяти из 900 кристаллов.

Как бы то ни было, аналогичный опыт был успешно проведён в другой лаборатории, что представило неопровержимые доказательства живучести бактерий. Результаты работы опубликованы в январском с. г. номере издания Американского геологического общества GSA Today.

Кстати, подобные находки уже случались: примерно 10 лет назад были обнаружены якобы живые микроорганизмы, возраст которых составлял... 250 млн лет. Увы, убедительно доказать это учёным не удалось.... 

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Учёные из Принстона сконструировали несколько несуществовавших в природе генов, которые кодировали белки, не встречающиеся в живых существах. Эти гены удалось заставить заработать в живых бактериях, причём взамен удалённых из микроорганизмов критически важных генетических фрагментов.

В своей работе исследователи воспользовались компьютером, чтобы сконструировать более миллиона ранее не существовавших, но при этом стабильных белков. Далее для них спроектировали искусственные гены, которые успешно были синтезированы в пробирке.

Различные наборы синтетических генов из составленной учёными библиотеки были внедрены в 27 штаммов бактерий, которые затем поместили в жёсткие условия. Выжившие четыре штамма показали, какие именно гены удалось действительно удачно подобрать к работе в данной среде (иллюстрация Michael A. Fisher, Michael H. Hecht/PLoS ONE) Следующим шагом стала проверка функциональности протеинов. Для этого учёные создали несколько штаммов бактерий, у которых удалили по одному жизненно важному гену, в том числе те, что отвечали за выживание в тяжёлых условиях (при нехватке пищи). На место удалённых кусочков кода бактериям пересадили гены из синтетической библиотеки. После этого авторам опыта оставалось только пронаблюдать — какие последовательности и как сработают.

В статье в PLoS ONE авторы эксперимента сообщают, что в колониях бактерий, которые с частично искусственным кодом не просто выжили, а стали расти и размножаться, сконструированные с нуля гены обеспечили нормальные биологические функции.

Итак, некоторые синтезируемые микробами "по новым чертежам" белки оказались вполне работоспособными. Впоследствии в одном из штаммов учёные удалили и вовсе сразу четыре гена, которые удалось успешно заменить четырьмя генами из новой библиотеки. Эта замена составила 0,1% от всего генома кишечной палочки.

Данная работа стала ещё одним прорывом синтетической биологии. Её самое яркое достижение — создание искусственной формы жизни. Генетический код этой клетки, напомним, был разработан по образу наследственного кода существующего организма, но собран из простых химикатов с нуля. А вот теперь учёные показали, что ассортимент кодов, внедряемых в модифицируемые или заново конструируемые организмы, может и не ограничиваться генами, кодирующими только существующие в природе белки.

Источник: MEMBRANA

Где можно увидеть жизнь такой, какой она была в момент своего рождения? Известный кинорежиссер Джеймс Кэмерон убежден, что это можно сделать, опустившись на дно Марианской впадины. Экосистемы, которые обнаружил там отважный путешественник, напоминают те, что существовали на нашей планете свыше трех миллиардов лет тому назад.

Местоположение Марианской впадиныДжеймс Кэмерон в рамках своей новой работы сделал нечаянное открытие: на дне Марианской впадины на глубине в 10,9 километра живут себе микробные маты — биопленки, питающиеся веществами, которые они добывают из донных отложений. Аналогичные места обитания и процессы, происходящие в них, полагают исследователи, в глубокой древности породили химическую реакцию, в результате которой на Земле, а, возможно, и в других местах Солнечной системы появились первые живые организмы.

"Мы считаем, что эта химическая реакция может лежать в основе метаболизма, — говорит Кевин Хэнд, астробиолог калифорнийской лаборатории Jet Propulsion (JPL). — Это может быть движущей силой, которая привела к появлению жизни. Возможно, не только здесь, но и в таких мирах, как Европа (ледяная луна Юпитера)".

Миссия Кэмерона Deepsea Challenger совершила ряд погружений, в том числе одно пилотируемое, в Марианскую впадину в период между 31 января и 3 апреля этого года. В пучину морскую Кэмерон погружался лично. Спустившись на дно, режиссер не только любовался окружающим пейзажем: Кэмерон взял пробы грунта и сделал ряд снимков. Поднявшись наверх, Кэмерон рассказал журналистам, что там, внизу, довольно мрачно, а дно похоже на поверхность Луны. Однако, в отличие от безжизненного спутника Земли, в холодных глубинах океана все же таится жизнь.

Марианская впадина в разрезе и ее сравнение с ЭверестомНайденные исследователями бактериальные маты представляют собой достаточно распространенную еще с древних времен экосистему прокариот. Хотя некоторые исследователи считают ее аналогом организма многоклеточных — уж больно слаженно действуют бактерии, входящие в "коврик". Как правило, мат объединяет несколько групп "узких" специалистов: одни, например, разлагают только сероводород, другие предпочитают сульфиды, третьи — сульфаты и т. п. Таким образом мат "работает", используя практически все ресурсы в виде химических соединений, что есть вокруг, а члены этой колонии делятся друг с другом органикой, получившейся в результате этого разнообразного хемосинтеза.

Также интересно еще и то, что часто "отходы" одних бактерий, входящих в состав мата, являются полезным ресурсом для других. Это легко продемонстрировать на примере сожительства двух групп бактерий — сероводородных фотосинтетиков и сульфатредукторов. Первые из них могут фотосинтезировать, используя не кислород, как высшие растения, а сероводород. Однако побочным продуктом их деятельности являются оксиды серы, которые, попав в воду, сразу же образуют серную кислоту, а затем сульфаты. Эти сульфаты — желанная пища для сульфатредукторов, которые восстанавливают их с помощью водорода. Но побочным продуктом данного процесса является сероводород, который использует первая группа бактерий.

Таким образом, если две группы этих бактерий будут жить в пределах одного мата, то они образуют вполне себе самодостаточную экосистему. А если еще добавить к ним метанокисляющих бактерий как доноров водорода (они окисляют метан с образованием углекислого газа и молекулярного водорода) и метоногенных бактерий, которые, используя углекислый газ и молекулярный водород, произведенный метанокислителями, получают в качестве побочного продукта тот самый метан, который так нужен первой группе, то "хозяйственная деятельность" станетещеболее сбалансированной. Тогда за водородом далеко ходить не надо, его могут поставлять другие члены колонии. Словом, мат представляет собой практически безотходный комбинат, какой не смогли еще создать люди, ну, а природа породила его свыше трех миллиардов лет тому назад!

В Марианской впадине, как показали результаты экспедиции, живут не только микробные "коврики" — там было замечено и еще несколько ранее неизвестных науке представителей животного мира. Например, гигантские 17-сантиметровые рачки амфиподы (Amphipoda), их называют в России бокоплавы, внешне они весьма похожи на креветок. Исследование этих ракообразны показало, что в их организме содержатся соединения, помогающие тканям эффективнее работать при чрезвычайно высоком давлении.

"Одно из этих соединений — сциллоинозит, идентичный по составу тестируемому сейчас препарату для разрушения амилоидных бляшек, которые связывают с развитием болезни Альцгеймера", — отмечает Дуг Бартлетт, микробиолог из Института океанографии Скриппса при Университете Калифорнии в Сан-Диего. Своей очереди к исследователям ждут еще 20 тысяч микробов, взятых из Марианской впадины.

Еще одного "новичка" нашли на глубине в 8,2 километра в Новобританском желобе у берегов Папуа-Новой Гвинеи. Им оказался представитель морских огурцов, или голотурий (Holothurioidea) — забавных существ из группы иглокожих (Echinodermata). "Они существовали в этих глубинах и в прошлом, но не были запечатлены на пленку. Мы увидели одного из них и думаем, что он представляет собой новый вид", — говорит Бартлетт. А стены желоба украшает огромное количество желудевых червей, глубоководных беспозвоночных, которые засыпают дно впадины своими спиралевидными экскрементами. "Если вы никогда не думали о червях с любовью, то, посмотрев это видео, полюбили бы их", — заверяет Бартлетт.

На видео Кэмерона видны не только глубоководные обитатели, но и старейшее морское дно на планете. Сто восемьдесят миллионов лет назад, когда по Земле еще гуляли динозавры, скалы на дне Марианской впадины были раскаленной лавой. А кадры, снятые режиссером в Новоанглийском желобе, вполне могут оказаться рекордными по глубине места съемки лавовых подушек, полагает морской геолог Пэтти Фрайер из Гавайского университета в Гонолулу.

Измененные породы, дающие пищу микробным матам, являются частью молодых тектонических плит, лежащих поверх древнего дна Тихого океана. Марианская впадина — это зона субдукции, где две тектонические плиты столкнулись и одна из них наползла на другую. Просачивающаяся сквозь нагромождения скал вода меняет состав пород посредством серпентинизации. В ходе этого процесса образуются сера, метан и водород, что и дает бактериям пищу.

В последние годы ученые склоняются к мнению о том, что ранняя жизнь на Земле зародилась порядка четырех миллиардов лет назад в зонах субдукции, подобных Марианской впадине. В этих желобах температура была ниже, и серпентинизированные породы дали необходимый толчок химической реакции, которая и привела к зарождению жизни.

"Эти желоба могли быть тем местом, где появилась жизнь, — говорит Кэмерон. — Эта тайна должна быть разгадана. Надеюсь, мы еще поныряем". Пока что новые погружения не планируются, но, по словам режиссера, погружные и спускаемые глубоководные аппараты находятся в рабочем состоянии и сейчас хранятся на территории его особняка.

Источник: pravda.ru

Сухие долины Мак-Мёрдо в Антарктиде могут показаться одним из наименее гостеприимных мест на Земле. Это холодная пустыня, где лишь ветер рыщет по каменистой земле, а вода существует только в виде льда, оставшегося в том числе от тех времён, когда долины покрывал океан. Короче говоря, это настолько унылый уголок планеты, что НАСА решило имитировать там марсианские условия.

Сухие долины Мак-Мёрдо и палатки отважных исследователей (фото Peter West / National Science Foundation)Теперь представьте себе удивление биологов, обнаруживших в этом месте множество различных экосистем. Не на поверхности, конечно, а подо льдом — в солёных озёрах, которые вот уже тысячи и миллионы лет изолированы от каких-либо внешних источников энергии и питательных веществ. В ходе нового исследования специалисты описали одно из самых молодых подлёдных озёр, которое оставалось изолированным всего несколько тысяч лет. Хотя теоретические оценки говорили о том, что местные бактериальные сообщества должны голодать, анализ проб воды показал, что организмы чувствуют себя прекрасно, питаясь продуктами химических реакций между водой и дном.

Пожалуй, наиболее яркая достопримечательность Сухих долин Мак-Мёрдо — Кровавый водопад, где железо окрашивает лёд в красный цвет и заодно подпитывает бактериальные сообщества, попавшие туда около 1,8 млн лет назад, когда морской залив оказался отрезан от океана и замёрз под ледником. Описываемое здесь озеро Вида располагается в другой долине и, по-видимому, было в изоляции не так долго. Оно очень солёное и не замерзает при температуре –12 ˚C. Толщина льда над водой достигает 16 м. Радиоуглеродное датирование показало, что озеро обменивалось углеродом с атмосферой по крайней мере несколько тысяч лет назад.

Учёные полагали, что организмы, если они там ещё есть, находятся на заключительных этапах разложения, то есть несколько микробов ещё питаются последними органическими соединениями, выделяя метан.

Озеро Вида (фото Bernd Wagner, University of Cologne)Выяснилось, однако, что бескислородное озеро богато органическими соединениями, в том числе углеводами, а метана там мало. Кроме того, в воде обнаружено значительное количество водорода. Соединения азота тоже часты, особенно закись азота и аммиак. Подобная смесь окисленных и восстановленных соединений говорит о том, что до финального разложения ещё очень далеко.

И кто же там живёт? Судя по последовательностям ДНК, 32 вида, представляющих восемь типов бактерий. Что движет их обменом веществ, в точности пока неясно. Очевидно лишь то, что метаногены в озере не доминируют. Кстати, следует отметить, что в пробах полностью отсутствуют археи, которые часто встречаются в экстремальных условиях.

Химический состав воды подсказывает, что бактериальные сообщества питаются молекулярным водородом, освобождаемым в результате реакций между водой и силикатами железа подстилающей породы. Затем водород может включаться в состав сложных органических соединений. Если это верно, то озеро Вида имеет совершенно иной источник энергии, чем Кровавый водопад.

Это довольно важный вывод, поскольку он предполагает, что разнообразие простых, естественно протекающих химических реакций способно предоставить энергию, необходимую для поддержания жизни, даже при отсутствии таких вещей, как солнечный свет или тектоника плит. Это, в свою очередь, должно повлиять на наше представление о перспективах поиска жизни в подлёдных океанах Европы или возможных приповерхностных солёных озёрах Марса.

Другая интригующая перспектива заключается в том, что чуть ли не все сухие долины могут оказаться домом экосистем с разной степенью изоляции, а также с разными источниками химической энергии, которые способны пережить любые катаклизмы вплоть до глобального оледенения.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Бельгийские учёные выяснили, что паразит, нередко встречающийся у паучих, решает, сколько сыновей и дочерей появится на свет у мохнатых родительниц.

Ранее влияние бактерии на пол потомства хозяев находили у насекомых, клещей и изопод, но никогда у пауков (фото Fotogalerie Arachnida) Вольбахия (Wolbachia) уже «освоила» почти две три видов насекомых. Из поколения в поколение бактерия передаётся через яйца, соответственно ей выгодно, чтобы у вида-хозяина появлялось как можно больше самок.

Исследователи университета Гента (Universiteit Gent) изучали пауков вида Oedothorax gibbosus и обнаружили, что инфицированные вольбахией самки производят на свет больше женских особей, нежели здоровые паучихи. Когда биологи вылечили будущих мамаш антибиотиками, ситуация изменилась: соотношение полов стало таким же, как и в контрольной группе.

Бельгийцы подозревают, что вольбахия также причастна к девственному размножению O. gibbosus (фото Fotogalerie Arachnida) В статье, вышедшей в журнале BMC Evolutionary Biology, учёные делают вывод, что именно вольбахия контролирует пол будущего потомства. Скорее всего, бактерия уничтожает самцов ещё до рождения. По этой причине кладки, в которых доминируют самки, оказываются меньше остальных.

Один из способов, которыми клетки (не только иммунные) борются с инфекцией, — это попросту поедание чужаков-патогенов. Клетка поглощает бактерию и переваривает её с помощью пищеварительных ферментов, которые содержатся в особых мембранных органеллах — лизосомах.

Сальмонеллы (зелёные), вторгшиеся в эритроцит (фото David Holden / Imperial College London)Но бактерии из рода Сальмонелл успешно сопротивляются такому поглощению. Точнее, не самому поглощению, а именно перевариванию с помощью лизосом. Лизосомам необходимо постоянно пополнять запасы пищеварительных ферментов, которые транспортируются к ним от синтезирующих белки рибосом.

Исследователи из Имперского колледжа Лондона (Великобритания) обнаружили, что сальмонеллы, попав в клетку, подавляют работу транспортной системы, которая перевозит ферменты к лизосомам. В итоге ферменты в лизосоме истощаются, и сальмонелла может её не бояться.

Любопытно, что бактерии, как пишут исследователи в журнале Science , могут использовать испорченные лизосомы в своих нуждах. Понятно, что в них содержится много белков — как полупереваренных, так и целых, и не только белков. Всё это для сальмонеллы источник питательных веществ. То есть бактерия не только обезоруживает клетку, но и грабит её.

В дальнейшем исследователи планируют побольше узнать о механизме, с помощью которого сальмонелла подавляет клеточный транспорт ферментов. Сведения об этом помогут создать более эффективные средства борьбы с этими бактериями, которые служат причиной множества болезней, от гастроэнтеритов до сепсиса и брюшного тифа.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Американские микробиологи выяснили, что бактерии могут использовать биологическое оружие против своих сородичей. Некоторые из них содержат в своем геноме ДНК бактериофагов -  вирусов, убивающих микроорганизмы. Когда такие "камикадзе" считают, что вокруг стало несколько тесновато, они напускают этих бактериофагов на своих противников и те гибнут.

Обычно когда говорят о биологическом оружии, то в первую очередь подразумевают применение против врага болезнетворных бактерий. Правда, болезни вызывают не только они — как мы знаем, есть еще грибки и вирусы. Однако первые достаточно капризны и не в состоянии быстро вызвать целую эпидемию (хотя для порчи продуктов на складах их, конечно же, использовать можно). А что касается вирусов, то их достаточно сложно культивировать, поскольку они могут размножаться только в живых клетках. Поэтому-то в основном биологическое оружие делают из культур бактерий, вызывающих эпидемиологические заболевания.

Но вот что интересно — оказывается, бактерии тоже имеют свое собственное биологическое оружие. Причем то, применять которое люди пока что как следует не могут, а именно — вирусы. Эти микроорганизмы могут "натравливать" бактериофагов (вирусы, поражающие только бактерии) на своих конкурентов. Причем каждая бактерия носит это оружие в себе до того момента, когда выпускает на врага.

Недавно ученые из Юго-Западного медицинского центра Техасского университета в Далласе (США), работая с условно-патогенной бактерией Enterococcus faecalis, которая составляет 1 процент от общего числа всех микроорганизмов нашей кишечной микрофлоры, заметили, что ее штаммы могут конкурировать друг с другом. При этом чаще всего побеждал штамм V583, представители которого полностью уничтожали своих конкурентов. И, что самое удивительное, те не могли противостоять этому неведомому оружию.

Биологам показалось это странным — известно, что Enterococcus faecalis довольно устойчива ко многим антибиотикам. Однако здесь все противники штамма V583 оказывались бессильными. Возможно, предположили исследователи, этот "агрессор" использует не бактериальный антибиотик, а что-то другое. Чтобы разобраться в ситуации, ученые решили изучить геном представителей всех штаммов.

В результате выяснилось, что, во-первых, их ДНК достаточно сильно отличается, а, во-вторых, — что в геноме штамма V583 скрывается так называемый профаг. Так называют ДНК бактериофага, внедрившуюся в наследственную молекулу бактерии. И происходит это весьма интересным способом. Чаще всего бактериофаги, заражая клетку, прикрепляются к специфическим рецепторам на ее поверхности, затем "впрыскивают" свою ДНК внутрь микроорганизма и она сразу же внедряется в геном хозяина. Инъекция генома вируса вызывает полную перестройку метаболизма клетки — прекращается синтез бактериальной ДНК, РНК и белков.

А вот наследственная молекула бактериофага времени зря не теряет — она начинает деятельность по самокопированию и синтезу нужных вирусу белков, используя при этом ресурсы клетки. Как только все "запчасти" оказываются готовыми, происходит сборка молодых бактериофагов. И в конце концов они покидают клетку хозяина, разрывая ее при этом.

Но иногда все происходит несколько иначе — молекула ДНК бактериофага, внедрившись в геном бактерии, не проявляет никакой активности. Вот тогда-то и образуется профаг. Клетка хозяина вообще не замечает его присутствия — она ест, растет и размножается, передавая данную "бомбу" своим потомкам. Кстати, "бомбой" эту чужеродную ДНК микробиологи называют не зря — она может "проснуться" в любой момент и начать работу по созданию новых фагов. Однако пока ДНК спит, то никакой опасности для клетки в общем-то нет.

Правда, иногда ради безопасности бактерии все же вырезают ДНК бактериофага из своего генома и помещают в специальный пузырек — плазмиду. Потом эту плазмиду можно передать какому-нибудь сородичу (бактерии часто обмениваются ими) и, соответственно, зажить спокойно — пусть он сам и разбирается с опасным "подарком". В то же время плазмиды с профагами также часто передаются по наследству потомкам.

Так вот, изучив ДНК штамма V583, ученые обнаружили там даже не одного, а двух профагов. Одна ДНК вируса позволяет синтезировать его структурные элементы, а другая — белки проникновения, позволяющие заразить клетку противника. Удивительно, что когда оба профага активизируются, то в итоге получается гибридный бактериофаг. И именно он и убивает всех конкурентов — ведь у бактерий до сих пор не выработались эффективные механизмы защиты от этих вирусов (кроме вышеописанного "приручения", то есть превращения в профаг).

Ученые пока не знают, каким образом происходит активация спящих профагов — возможно, у бактерии есть какие-то специальные белки, которые могут "пробудить" ДНК вируса. Ясно пока лишь одно — вырвавшиеся на волю бактериофаги, попадая в клетки других штаммов, остаются активными и разрушают их. А вот проникнув внутрь представителей штамма V583, они снова превращаются в профагов. Так что, вероятно, эти микроорганизмы имеют еще и специальные средства защиты, природу которых также предстоит выяснить.

Конечно же, клетки из штамма V583 после "пробуждения" профагов погибают — образовавшиеся вирусы, как и положено, разрывают их при выходе. Однако их жертва не напрасна — конкуренты-то оказываются уничтоженными. Такое поведение похоже на ситуацию, когда солдат бросается под танк со связкой гранат — его гибель при этом спасает войсковую часть, которую атакуют. Но чем именно эти микроорганизмы-альтруисты отличаются от своих сородичей, пока что не ясно. Биологи считают, что ответ может дать более тщательное изучение ДНК изобретательного штамма.

Судя по всему, способность содержать в своем геноме профага выработалась у этой бактерии в процессе эволюции. Возможно, в далеком прошлом ослабленные особи вирусов, которые не могли полностью захватить контроль над клеткой, оставались в геноме бактерии, а те, в свою очередь, привыкли к этому "имплантанту" и со временем научились его использовать. Это-то и послужило началом такого интересного и необычного боевого союза.

Кстати, не исключено, что такое использование фагов не является редкостью среди сложных бактериальных сообществ. Известно, что наши полезные кишечные сожители помогают людям бороться с патогенными бактериями. Вполне возможно, что не последнюю роль в этом играет именно такое биологическое оружие…

Источник: pravda.ru

Ученые выяснили, что под морским дном находится целый подземный океан, населенный микроорганизмами. По предварительным данным, его максимальная глубина равняется пяти километрам. Международная группа ученых, вооружившись естественной лабораторей CORK, приступила к изучению этой загадочной и весьма древней биосферы.

Недавно международная группа ученых сделала доклад о первых экспериментах с использованием глубоководных технологий, необходимых для долгосрочных научных наблюдений за жизнью микроорганизмов под морским дном. Эти работы проходили под руководством специалистов из University of Miami Rosenstiel School of Marine & Atmospheric Science. Впервые была произведена попытка изучить жизнедеятельность бактерий в их естественном местообитании, без извлечения их на поверхность. И, судя по всему, она прошла достаточно успешно.

Те, кто считает, что жизни в океане не может быть ниже его дна, глубоко заблуждается. Исследования последнего десятилетия показали, что в недрах океанической коры, которая, как мы помним, состоит из осадочных пород, лежащих на базальтовой платформе, существуют весьма загадочные экосистемы, состоящие из различных микроорганизмов. Еще в 2005 году группа ученых из британского Университета Кардиффа под руководством Джона Паркеса выяснила, что под поверхностью дна морей и океанов существует целая биосфера.

Океанологи взяли образцы осадочных пород из разных мест Атлантики, которые располагались на 800 метров ниже океанического дна. Каково же было их удивление, когда в них обнаружились миллионы разнообразных бактерий. Причем создавалось такое ощущение, что время для них остановилось — возраст пород был оценен в 3,8 миллиарда лет, а жившие в каменных лабиринтах микроорганизмы ничем не отличались от тех, которых находили окаменевшими в данных осадках.

Но это еще не все. Исследовав биохимический состав некоторых бактериальных клеток, ученые выяснили, что их возраст тоже не маленький — он исчислялся тысячами лет. И это притом, что аналогичная бактерия, обитающая на морском дне, прожила бы от силы сутки! Получается, что жить под дном океана весьма полезно для здоровья.

Еще тогда авторы исследования предположили, что бактериальная биосфера, расположенная под морским дном, очень велика и по численности особей, ее составляющих, превосходит все подобные биосферы морской воды и суши. Но вскоре биологов ожидал еще один сюрприз. Через два года та же группа Паркеса обнаружила микроорганизмы в породе, расположенной на глубине 1626 метров под дном океана. Эти микроорганизмы обитали в весьма экстремальных условиях — под высоким давлением (несколько тысяч атмосфер) и при температуре, превышающей 100° по Цельсию. То есть, практически в кипятке.

Проведя ДНК-анализ, учёные выяснили, что данные бактерии-экстремалы принадлежат к хорошо известным родам Thermococcus и Pyrococcus, представители которых обитают и на поверхности Земли в горячих источниках. Представители первого рода обычно получают энергию, окисляя сероводород, а второго — разлагая метан. То есть пищи им на глубинах вполне хватало — эти два газа достаточно широко распространены в нижних слоях земной коры.

Проанализировав результаты своих исследований, Паркес и его коллеги пришли к выводу, что, по всей видимости, бактериальная биосфера может опускаться вниз на пять километров от морского дна. Однако это сразу же наводит на мысль о том, что примерно на такую же глубину могут опускаться и океанические воды, ведь без них бактерии просто не смогут выжить. Получается, что под морским дном существует целый океан, глубина которого может достигать пяти километров.

Конечно, этот "подземный" океан вовсе не похож на тот, который описал известный писатель Жюль Верн в романе "Путешествие к центру Земли". Судя по всему, он не является цельным бассейном, заполненным водой, а представляет собой систему узких ходов и резервуаров, заполненных морской водой. Однако ее количество в этом субокеане весьма велико — по расчетам гидрологов, объем воды, текущей под морским дном составляет 110-190 млн. км³. Это, конечно же, меньше, чем в "наддонной" части Мирового океана (1338 млн км³), но все-таки куда больше, чем весь запас пресных вод нашей планеты (100- 150 млн. км³).

Сейчас ученые пытаются разработать методики изучения этого таинственного океана, находящегося под морским дном и его обитателей. Как показывает опыт, обычное бурение здесь мало чего даст, поскольку в скважину, как бы не пытались ее герметизировать, все равно просачивается вода, находящаяся выше морского дна, которая убивает микроорганизмы (ее химический состав несколько отличается от подземной) и затрудняет точный химический анализ. Куда лучшие результаты дало применение технологии CORK (комплект модернизированного оборудования, предупреждающего циркуляцию), которые позволяют уплотнить подповерхностную скважину и спокойно наблюдать за природным гидрогеологическим состоянием и микробной экосистемой внутри земной коры.

Эти устройства представляют собой не что иное, как мини лабораторию, оснащенную всеми возможными датчиками. Данная лаборатория загружается в скважину так, как пробка загоняется в бутылку. В результате проникновения жидкости внутрь пробуренного отверстия, так и вытекание из него не происходит.

Ученые из международной группы как раз и использовали станции CORK. Поэтому, во время их работы ни миллилитра воды океана не попало в отверстие скважины и вымывание природной системы, а также изменения среды обитания бактерий удалось избежать. В результате естественные лаборатории, подобные той, что использовалась в экспериментах, позволили ученым исследовать гидрогеологию, геохимию и микробиологию океанической коры.

Первые результаты говорят о том, что океан, расположенный под морским дном, населен бактериями, которые используют в качестве источников энергии несколько десятков неорганических соединений, таких как метан, сероводород, SO₂, и т. п. А вот фотосинтезирующих микроорганизмов среди них, похоже, совсем нет. Что и неудивительно — где же им добыть достаточное количество света на такой большой глубине.

В связи с этим предложения некоторых ученых, например, Гари Шафера из Копенгагенского университета, о том, чтобы, в качестве меры борьбы с глобальным потеплением, закачивать "избыточный" углекислый газ под дно океана, придется существенно пересмотреть. Ведь если среди жителей подземного океана нет фотосинтетиков, значит это вещество там никто не сможет утилизировать (SO₂ нужен лишь фотосинтезирующим организмам, для других он или бесполезен, или даже опасен).

Если же огромные количество углекислоты раствориться в водах подземного океана, то, не исключено, что произойдет их закисление, что может вызвать гибель всей уникальной бактериальной биосферы. А это, в свою очередь, может отозваться как на обитателях Мирового океана, так и суши — предполагается, что именно данные отважные крошки утилизируют большую часть метана и сероводорода, которые рвутся из недр Земли на ее поверхность. Если они погибнут, то некому будет спасти обитателей поверхности от этих весьма ядовитых газов.

Сейчас же ученые хотят еще более подробно изучить океан, существующий под морским дном. И хотя по предварительным данным, на то, что бы составить о нем хотя бы поверхностное впечатление, потребуется несколько десятков лет как минимум. Однако исследователи не унывают — ведь теперь у них на вооружении есть замечательные естественные лаборатории. Правда, пока они помогут разгадать все секреты поверхностного слоя этого подземного резервуара морской воды. Однако, не исключено, что в ближайшем времени появятся автоматические станции, способные работать и на больших глубинах.

Источник: Pravda.ru

«Эволюция в пробирке» заняла у кишечной палочки 24 года.

Кишечная палочка (Escherichia coli) википедияАмериканские микробиологи из Мичиганского университета «заставили» бактерий эволюционировать, в результате чего те стали питаться новым типом вещества. Результаты исследования опубликованы в свежем номере журнала Nature.

Эксперимент был начат в 1988 году. Ученые расселили кишечных палочек (Escherichia coli) по 12-ти культурам, и затем каждые сутки добавляли в них ограниченное количество глюкозы, которого хватало на несколько часов. Это давало бактериям стимул искать альтернативные источники энергии.

Через определенные интервалы времени исследователи отбирали образцы из всех12 культур и замораживали их, чтобы в случае необходимости «отмотать» молекулярную эволюцию. Когда у микроорганизмов сменилась 31 тысяча поколений, выяснилось, что некоторые бактерии в одной из культур Ara–3 смогли перейти на питание лимонной кислотой.

В норме бактерии E. сoli не могут потреблять лимонную кислоту в присутствии кислорода, что является их отличительной видовой особенностью. Поэтому, когда еще через 2 тысячи поколений большинство бактерий культуры Ara–3 стали питаться лимонной кислотой, ученые сочли, что у них эволюционировал совершенно новый признак.

Эволюция в три этапа

Авторы статьи разморозили образцы культуры Ara–3 за весь период ее существования и проанализировали, как менялся геном бактерий. Ученые пришли к выводу, что молекулярная эволюция у E. сoli происходила в три этапа. На первом из них произошла мутация в гене, в котором закодирован белок, направляющий лимонную кислоту в клетке.

В аэробных условиях у обычных бактерий этот ген не работает, однако у мутировавших E. сoli он переставал реагировать на присутствие кислорода. При этом единичная мутация сама по себе не способствовала эффективному усвоению лимонной кислоты. Поэтому E. сoli смогла перейти на новый тип питания только тогда, когда в ее геноме накопилось достаточное число копий мутировавшего гена.

Авторы исследования подчеркивают, что даже у таких несложно устроенных организмов, как бактерии, для приобретения нового признака недостаточно единичной мутации. «В реальности мутация – это сложный комплексный процесс перестройки ДНК, в результате чего бактерия получает новый регуляторный модуль, не существовавший ранее», – пояснил Закари Блаунт, один из авторов работы.

Источник: infox.ru

Микроорганизмы помогли окружающей среде справиться с последствиями экологической катастрофы.

Американские экологи из Рочестерского университета установили, что в течение первых пяти месяцев, прошедших с момента аварии на нефтяной платформе Deepwater Horizon в Мексиканском заливе, бактерии переработали, по меньшей мере, 200тысяч тонн нефти и газа, поступивших в океан. Статья с такими выводами опубликована в журнале Environmental Science and Technology.

Ученые использовали специальную методику, которая позволила связать количество нефти, использованной бактериями, с концентрацией кислорода в морской воде. «Когда бактерия разлагает нефть и газ, она поглощает кислород и выделяет CO₂, подобно тому, как это происходит, когда мы дышим», -- пояснил профессор Джон Кесслер, один из авторов исследования.

В первые месяцы после аварии авторы статьи измерили концентрацию кислорода на разных глубинах более чем в 1300 точках Мексиканского залива, охватив при этом почти 30 тысяч квадратных миль. Методика помогла ученым оценить уровень бактериального разложения нефти в глубине Мексиканского залива, в то время как раньше этот процесс изучался лишь в поверхностном слое воды.

Исследователи показали, что часть разлившейся нефти погрузилась на глубину примерно в один километр, где ее и начали разлагать бактерии, питающиеся гидрокарбонатами. С апреля, когда произошла авария, по сентябрь 2010 года бактерии активно перерабатывали нефть и газ. Затем процесс прекратился, хотя, по расчетам ученых, на тот момент еще примерно 40%нефти оставалось в океане.

Авторы исследования не могут сказать, по какой причине осенью 2010 года бактерии «взяли паузу». Возможно, это было связано с изменением степени растворенности нефти в толще воды. Ученые надеются, что выводы их работы помогут лучше предсказать последствия будущих разливов нефти.

Источник: infox.ru

В Атлантическом океане на глубине ученые нашли моллюсков, которые живут в симбиозе с бактериями. Эти бактерии научились использовать в качестве энергии для хемосинтеза водород. На этой же водородной энергии живут и моллюски. Человечеству есть, чему у них поучиться.

Черный курильщик (википедия)Группа ученых под руководством доктора Джиллиан Петерсен (Jillian Petersen)из Института морской микробиологии Общества Макса Планка обнаружила уникальных моллюсков группы Bathymodiolus, обитающих на дне Атлантического океана на глубине более трех километров в районе гидротермального источника – черного курильщика Логачева. Бактерии, образующие с этими моллюсками симбиоз, используют в качестве энергии для хемосинтеза водород. До сих пор были известны организмы, использующие для этих целей лишь соединения серы и метан.

Черные курильщики

Черные курильщики – удивительное природное явление, приуроченное к срединно-океаническим хребтам, – районам, где соединяются литосферные плиты. Раскаленная магма не успевает дойти до поверхности, зато вода, которая просачивается вдоль трещин, нагревается до огромных температур. Эта вода вырывается на поверхность в виде черных кипящих струй - черный цвет ей придают растворенные сульфиды, сульфаты и окислы металлов, в основном, меди и железа. Но самое удивительное, что в таких экстремальных условиях обитают живые организмы – причем, не только бактерии, но и огромные черви с ярко-красными щупальцами и белыми трубками - рифтии (Riftia) и моллюски.

«Открытие черных курильщиков в 1977 году полностью перевернуло представления ученых о том, как живые организмы могут получать энергию. Таких источников оказалось два – это метан и соединения, содержащие серу. Нам удалось обнаружить еще один источник – водород», - пишут авторы исследования в статье, опубликованной в последнем номере журнала Nature. Все эти соединения используют в процессе хемосинтеза бактерии, живущие в симбиозе с обитателями черных курильщиков и поставляющие им питательные вещества.

Моллюски на водороде

Когда Джиллиан Петерсон и ее коллеги обнаружили моллюсков Bathymodiolus в районе гидротермального источника Логачева, они при помощи масс-спектрометрического метода выяснили, как в этом месте распределены химические вещества. Оказалось, что водород там активно поглощается. Тогда ученые перенесли моллюсков в лабораторию, чтобы выяснить, имеют ли те отношение к поглощению водорода. Поместив ткани моллюсков вместе с их симбионтами-бактериями в воду, ученые убедились, что эти симбиотические организмы, действительно, поглощают водород.

Источник:  Infox.ru

На западе Австралии, в чёрном песчанике геологического формирования Стрелли, возраст которого оценивается в 3,4 млрд лет относяциеся к Палеоархею, найдены клеточные окаменелости.

Возможно, старейшие окаменелости, известные науке (здесь и ниже фото авторов работы)Честь открытия принадлежит Мартину Брэсьеру (Martin Brasier), палеобиологу Оксфордского университета (Великобритания), и его сотрудникам.

Расположенный в глубине континента бассейн Стрелли когда-то был песчаным пляжем. Земля в то время выглядела совсем иначе: средняя температура океана составляла около 45 ˚С, кислорода не хватало. Скорее всего, первая жизнь полагалась на серосодержащие соединения. Другие точки зрения гласят, что ранние бактерии практиковали фотосинтез или использовали водород для производства энергии. Имеет смысл предположить существование самых разнообразных организмов с широким спектром разновидностей обмена веществ.

Химический анализ давно намекал на то, что жизнь на Земле возникла около 3,5 млрд лет назад, но с «вещдоками» было туго, поскольку очень сложно доказать, что образования, похожие на древние клетки, действительно являются древними клетками. Например, в 1980-х в формировании Апекс-Черт (Apex Chert) в 30 км от бассейна Стрелли были найдены структуры, которые сначала сочли окаменелыми цианобактериями, жившими 3,5 млрд лет назад. Однако в этом году было доказано, что они имеют неорганическое происхождение. Подобная неопределённость ставит под сомнение любую находку.

Г-н Брэсьер был в числе критиков находки в Апекс-Черт, но насчёт своего открытия он уверен. Размеры, формы окаменелостей, наличие в них того, что похоже на углерод-содержащие клеточные стенки, — всё это характерно для бактериальных колоний. Следы имеют от 5 до 80 мкм в диаметре. Форма разнообразна: сфера, эллипсоид, палочка.Бассейн Стрелли и его тайна

Стенки «клеток» имеют одинаковую толщину — в отличие от сильно изменчивых углеродистых слоёв, находящихся в образованных геологическими процессами неорганических следах. Окаменелости также бедны углеродом-13 — тяжёлой формой углерода, содержащейся в атмосфере. Это признак биологической активности, так как живые организмы преимущественно пользуются более лёгкой формой — углеродом-12.

В «клеточных стенках» и рядом с ними найдены микрометровые кристаллы сульфида железа (пирита). Аналогичный характер осаждения этого вещества наблюдается в современных бактериях, которые питают свой метаболизм за счёт превращения серосодержащих частиц — сульфатов — в сульфиды. С другой стороны, мы не знаем, существовал ли подобный процесс в древних микроорганизмах, — а значит, это не может считаться убедительным доказательством.

Однако, по мнению ряда специалистов, увязка микрофоссилий с метаболизмом — наиболее интересный аспект работы и может иметь значение для дальнейших попыток идентификации ископаемых микроорганизмов. В том числе на Марсе.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Geoscience.

Источник:  КОМПЬЮЛЕНТА

Чтобы поддерживать размножение в условиях фосфорного голодания, бактериофаги морских бактерий приходят в хозяйские клетки с набором генов, который помогает хозяевам более эффективно «выхватывать» из среды фосфор.

Бактериофаги, специализирующиеся на морских бактериях Prochlorococcus (фото авторов исследования)Исследователи из Массачусетского технологического института (США) обнаружили, что некоторые вирусы-бактериофаги приходят к своим жертвам с чем-то вроде генетического троянского коня: они приносят заражаемым бактериям гены, которые должны облегчать им жизнь в условиях стресса. Учёные работали с океаническими бактериями Prochlorococcus и Synechococcus, которые производят шестую часть кислорода на планете. Бактерии рода Prochlorococcus в диаметре не превышают одного микрона, а их плотность достигает 100 миллионов клеток на литр воды. Synechococcus чуть крупнее и не столь многочисленны. Соответственно, вирусы, поражающие эти бактерии, относятся к самым распространённым среди себе подобных.

Жизнь в океане полна превратностей, в том числе для микроорганизмов. Часто случается, что бактерии заносит в воды, бедные фосфором. А он критически необходим для жизнедеятельности: без фосфорных соединений невозможно синтезировать нуклеиновые кислоты, то есть размножаться. На такие случаи у бактерий есть специальная генетическая система, чувствующая, когда фосфора начинает не хватать, и активирующая другие гены, которые кодируют связывающие фосфор белки. Эти дополнительные белки позволяют бактериям наловить больше фосфора и пережить кризис.

Но, как оказалось, у вирусов тоже есть такие гены для ловли фосфора. Размножение вируса требует изрядных фосфорных запасов для штамповки вирусной ДНК. Исследователи заметили, что, когда бактериофаг заражает бактерию в условиях недостатка фосфора, в вирусном геноме включаются гены белков, отвечающих за «ловлю» фосфорных соединений.

Оказалось, что вирусные белки управляются теми же генами, что и бактериальные. То есть когда бактерия чувствует фосфорный стресс, она включит как свою, так и вирусную систему по добыче дополнительного фосфора. Основная его масса пойдёт на нужды вируса. Разумеется, самой бактерии может что-то перепасть от усилившегося фосфорного потока, но впрок ей это не пойдёт: через 10 часов цикл размножения вируса закончится, и бактериальную клетку разорвёт под напором выходящих наружу вирусных частиц.

В статье, опубликованной в журнале Current Biology, авторы пишут, что далеко не все бактериофаги, паразитирующие на Prochlorococcus и Synechococcus, обладают этими генами, а только те, что живут в атлантических популяциях бактерий. К примеру, тихоокеанские Prochlorococcus и Synechococcus не сталкиваются с недостатком фосфора, а потому соответствующей системы у них нет. А вот атлантические вирусы когда-то давно сумели скопировать гены хозяев, создавших себе молекулярный механизм на случай фосфорного голодания; в результате вирусы могут размножаться, не обращая внимания на изменения в среде: удвоенный поток фосфора позволяет им синтезировать столько ДНК, сколько нужно.

Столь тонкое приспособление вируса под нужды хозяина исследователи видят впервые. Впрочем, по их словам, бóльшая часть сведений о взаимоотношениях бактерий и фагов пришла к нам из биомедицинских исследований. А жизнь в человеческом организме и биологической лаборатории всё-таки сильно отличается от того, что происходит в Мировом океане. Поэтому не исключено, что это не единственный трюк, с помощью которого «дикорастущие» вирусы облегчают себе жизнь.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Формирование признака определяется по меньшей мере двумя силами — взаимовлиянием генов, из-за чего необходимые мутации концентрируются в строго определённой группе генов, и коэволюцией организмов, когда от «воли» одного зависит, сколько мутаций в геном получит другой.

Бактериофаг лямбда (фото CNRI)Сколько генов составляет признак? Вопрос, не уступающий по сложности средневековому «Сколько демонов уместится на кончике иглы?». Впрочем, гены и признаки имеют большее отношение к нашей повседневной жизни, чем средневековые эзотерические задачи. Достижения молекулярной биологии и генетики ясно дали понять, что ген не всегда тождествен признаку, как мы привыкли его понимать. Например, цвет глаз — это типичный признак, но цвет глаз может зависеть от работы нескольких генов, часть из которых производит ферменты для синтеза соответствующего пигмента, а часть управляет генами ферментов-исполнителей.

Соответствие между генами и признаками интересует биологов по ряду причин. С одной стороны, это причины чисто практического характера: когда мы видим какой-то признак наследственной болезни, необходимо знать, сколько и какие гены за него отвечают. С другой стороны, есть более фундаментальный вопрос — понять, как происходит формирование признаков в эволюции. Решая задачи, которые ставит пред ним среда, организм может пойти по одному из двух путей — либо совершенствовать, настраивать, подтягивать уже имеющиеся признаки, либо сделать, что называется, ход конём и сформировать новый признак. В таком случае вопрос несколько изменяется и выглядит как «Сколько мутаций формируют признак?».

Две статьи, вышедшие одновременно в журнале Science, пытаются разгадать силы, отвечающие за возникновение новых признаков. В первой исследователи из Мичиганского университета (США) рассказывают, как они пытались заставить фаг лямбда найти новый способ проникать в бактериальную клетку. Этот вирус поражает кишечную палочку, попадая в неё с помощью особого рецептора на поверхности клеточной стенки, называемого LamB. Исследователи сделали так, что бактерия перестала синтезировать этот рецептор, и расселили вирус по 96 колониям таких модифицированных бактерий. Их интересовало, как и за какое время вирус сумеет преодолеть возникшую трудность и найдёт новый способ проникнуть в клетку. Действительно, в 25% случаев паразит нашёл обходной путь в виде другого поверхностного бактериального белка, OmpF. За 12 дней в вирусном белке J возникли четыре мутации: обычно J-белок нужен для посадки на LamB-рецептор, но будучи вооружён четырьмя мутациями, он становится способен связывать OmpF-рецептор.Кишечные палочки в процессе конъюгации (фото Eye of Science)

Однако сама бактерия не остаётся в стороне. Оказалось, что у неё может возникать мутация, изменяющая трансмембранный канал, который вообще закрывает вирусу путь в клетку. В этом случае мутации в вирусном белке в буквальном смысле останавливаются за шаг до решения задачи: получив три мутации из четырёх, вирус как бы понимает, что условия изменились, и перестаёт трансформироваться. Очевидно, формирование признака тут жёстко подчинено коэволюции двух видов, которую можно сравнить с парным танцем: если бактерия делает шаг, вирус совершает четыре, но если бактерия делает ещё один шаг, то вирус отвечает тремя, после чего отступает.

В случае с бактериофагом для нового признака (способности проникать в клетку) хватило всего четырёх мутаций в одном гене, что неудивительно, учитывая относительную простоту организации вируса. На бактериальном уровне масштабы уже совершенно другие. Исследователи из Калифорнийского университета в Ирвайне (США) попробовали выработать термоустойчивость у кишечной палочки Escherichia coli. В течение года исследователи выращивали 115 бактериальных колоний при 42,2 ˚C. Температура влияет на многие процессы в организме, поэтому учёные надеялись увидеть значительные изменения в геноме. Выяснилось, что у тех бактерий, что выжили в таких условиях, появилась 1 331 мутация, распределённая по более чем 600 сайтам в ДНК. Но все эти мутации и их сайты оказались принадлежащими двум направлениям: изменения в одном из них касались белковой машины, синтезирующей РНК; изменения во втором происходили в rho-белке, контролирующем завершение синтеза РНК. Очень редко бактерия совмещала эти две группы изменений. Однако трансформации в каждой из белковых машин сопровождались мутациями в каких-то добавочных генах, которые зависели от главной, целевой группы.

Почему мутации именно этих двух групп генов помогают кишечной палочке выживать при высокой температуре? Почему они делают это порознь? Это учёным только предстоит выяснить. Пока же на основе описанных работ можно сделать вывод о том, как происходит формирование нового признака. Множество мутаций вбрасываются в более или менее чётко очерченную группу генов, причём они находятся под сильнейшим влиянием других мутаций из-за взаимосвязанности генов и зависят от параллельных изменений в других организмах, как в случае вируса и бактерии. Есть, конечно, целая группа признаков, которая возникает из-за одной–двух мутаций, но такие признаки в большинстве случаев оказываются болезнетворными и к эволюционному успеху явно не приводят.

Источник:  КОМПЬЮЛЕНТА

На дне впадин в окрестностях Багамских островов, кои принято называть голубыми дырами, обнаружена богатая микробная жизнь.

Сбор планктона и бактериальных матов (фото Tamara Thomsen)Многие из этих организмов неизвестны науке. По-видимому, они питаются соединениями серы, которые токсичны для большинства других форм жизни. Это известие должно обрадовать тех, кто мечтает о жизни, скрывающейся в темнейших океанах под ледяной коркой спутника Юпитера Европы и спутника Сатурна Энцелада.

Голубые дыры сформировались на суше и только потом заполнились водой. Самая глубокая из них — дыра Дина на Багамских островах (202 м). Большинство — примерно вполовину мельче.

В последние ледниковые периоды уровень моря порой опускался на 122 м ниже сегодняшнего. Дожди пробивали пещеры в прибрежных известняковых скалах. Многие из них рухнули и наполнились солёной водой. В их тёмных глубинах мало кислорода и почти нет света. Над голубой дырой временами образуется «шапка» из менее плотной пресной воды, которая практически не смешивается с солёной.

Всё это означает, что голубые дыры существуют почти изолированно от основных источников пищи и всего остального разнообразия морской жизни. Несмотря на это, в негостеприимной глубине найдена богатая экосистема, в том числе креветки, водные клещи, рачки и др. Морской биолог Том Илифф из Техасского университета A&M (США) потратил тридцать лет на ныряние в поисках ответа на вопрос, чем же питаются эти животные. Оказалось, что в основании пищевой цепи находятся микроорганизмы.

Вместе с аспирантом Бреттом Гонсалесом он измерил температуру, солёность, кислотность, а также уровень кислорода и сероводорода в трёх впадинах. Кроме того, исследователи подняли с глубин и изучили в лаборатории образцы бактериальных матов. В одной из голубых дыр он покрывал все стены и был толщиной в 2,5 см, то есть можно было отковырнуть пальцем.

Генетический анализ, проведенный Дженн Макалади из Университета штата Пенсильвания (США), показал, что наряду с неизвестными науке видами там живут и более привычные микроорганизмы, несмотря на отсутствие света и необходимость питаться сероводородом.

Большинство бактерий обитают у галоклина — относительно тонкого слоя, где пресная вода смешивается с солёной. По словам астробиолога Кевина Хэнда, замруководителя НАСА по исследованию Солнечной системы, не принимавшего участия в данной работе, подобные условия можно найти под поверхностью Европы — в тех местах, где на трещины во льду попадает богатый серой материал извержений вулканов другого спутника Юпитера — Ио.

Результаты исследования опубликованы в журнале Hydrobiologia.

Источник:  КОМПЬЛЕНТА

Объединение цианобактерий с хозяйской клеткой, которое привело к образованию хлоропластов, происходило при участии третьего участника — паразитической бактерии, осуществлявшей перенос генов между симбионтами.

Водоросль-глаукофит Cyanophora paradoxa (фото cuplantdiversity)Считается, что растения и водоросли произошли в результате объединения каких-то древних эукариотических клеток и цианобактерий. Цианобактерии обладали способностью к фотосинтезу и служили пищей другим древнейшим одноклеточным. В какой-то момент хищники перестали съедать пойманные цианобактерии, оставляя их жить внутри себя. Постепенно отношения «хищник — жертва» превратились в отношения между симбионтами, и в конце концов цианобактерии превратились в хлоропласты — фотосинтезирующие органы, которые есть у всех современных растений и водорослей.

Исследователи из Университета Ратджерса (США) полагают, что объединение цианобактерий и древних эукариот не обошлось без участия третьей стороны — некоей паразитической бактерии, подобной современным хламидиям. В статье, опубликованной в журнале Science, авторы сообщают о результатах анализа генома глаукофитов — небольшой группы зелёных водорослей, состоящей всего из 13 видов. Эти водоросли числятся среди «живых ископаемых»: считается, что они обладают наименее «одомашненной» версией цианобактерий. Для их пластид придумали даже специальное название — цианеллы.

Глаукофиты демонстрируют нам, как происходило объединение цианобактерий и их хозяев. У глаукофитов есть белки, необходимые для синтеза крахмала, переноса хлоропластных белков и других биохимических процессов, общих для растений и водорослей. Но при этом у них нет собственных генов, которые нужны для транспорта синтезированных питательных веществ из цианобактерий-пластид. Авторы статьи утверждают, что им удалось найти генетические следы третьего симбионта — паразитической бактерии, чьи гены оказались необходимы для осуществления связи между хозяйской клеткой и цианобактерией.

Обмен генами между тремя участниками позволил создать хлоропласт, которым водоросли и растения пользуются и поныне. Скорее всего, некоторые гены цианобактерий, которые до сих пор сохраняются у цианелл глаукофитов, впоследствии перешли в клеточное ядро при посредничестве бактерии-паразита. Растения должны были принять в свои гены «сожителей», чтобы научиться управлять формирующимся органом. Гипотеза о том, что современные растения представляют собой химеры из нескольких предков, уже выдвигалась в 1960-х годах, но получить аргументы в её пользу смогли только сейчас. Что до причин, которые заставили древних одноклеточных эукариот предложить бактериям симбиоз, то о них остаётся только гадать. Возможно, как полагают учёные, 1,6 млрд лет назад резко сократилось количество пищи, и голодающим одноклеточным хищникам пришлось подумать о смене стратегии выживания.

Источник:  КОМПЬЮЛЕНТА

Простейшие хоанофлагеллаты, которые, как полагают, стоят на грани между одноклеточностью и многоклеточностью, образуют зародышеобразные колонии только с помощью бактериального липида, который получают из съеденных бактерий.

Хоанофлагеллаты одиночные (слева) и образующие колонии после питания бактериями (справа) (фото авторов работы)Хоанофлагеллаты, группа одноклеточных эукариот со жгутиками, могут как жить поодиночке, так и образовывать колонии. Именно поэтому едва ли не с начала позапрошлого века они пользуются повышенным вниманием учёных: по мнению многих, эти простейшие должны помочь раскрыть тайну перехода от одноклеточных форм жизни к многоклеточным. Колонии хоанофлагеллат образуются подобно делящемуся зародышу: новые дочерние клетки не отрываются друг от друга и не уходят в свободное плавание, а остаются соединёнными. Кроме того, в последнее время в геноме у хоанофлагеллат нашли ряд генов, который сближает их с истинно многоклеточными организмами.

Однако до сих пор учёным с большим трудом удавалось вызвать образование колоний у этих простейших в лабораторных условиях. Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли (США) нашли неожиданный компонент, который помогает клеткам хоанофлагеллат оставаться вместе после деления. Оказалось, что становиться «многоклеточными» им помогают бактерии, которых хоанофлагеллаты едят. Учёные обратили внимание на то, что после обработки антимикробными реагентами хоанофлагеллаты вообще теряли способность формировать колонии.

Исследователи, предположившие, что бактерии как-то задействованы в образовании колоний, протестировали около 60 видов бактерий, чтобы выяснить, будут ли они помогать хоанофлагеллатам держаться вместе. В итоге был найден один вид —  Algoriphagus machipongonensis из группы Bacteroidetes. (Виды этой группы неоднократно замечались в сотрудничестве с разными эукариотами: некоторые из Bacteroidetes участвуют в развитии водорослей, другие помогают сформироваться иммунитету у млекопитающих, являясь компонентом кишечной микрофлоры.) Хоанофлагеллаты, питавшиеся A. machipongonensis, были весьма склонны к образованию характерных розеткообразных колоний. Ключевой молекулой тут оказался бактериальный сульфолипид, названный RIF-1 (Rosette-Inducing Factor 1).

Выяснилось также, что колонии хоанофлагеллатов эффективней поглощают бактерии, чем одиночные клетки. Это указывает на некоторое противоречие: зачем бактериям синтезировать вещество, которое в итоге помогает поедать их? Впрочем, не исключено, что у самих A. machipongonensis этот сульфолипид выполняет некие важные функции, отсюда и пренебрежение столь опасным побочным эффектом.

Статья с результатами исследования в скором времени выйдет в журнале eLife .

Хоанофлагеллат нельзя считать прямыми предками многоклеточных организмов. Однако не исключено, что когда-то первые эукариоты действительно пошли по такому пути: решив из одноклеточных стать многоклеточными, они могли воспользоваться бактериальным ресурсом, благо бактерий в те времена (как и сейчас) было видимо-невидимо. И всё же следует помнить, что это лишь одна из гипотез о происхождении многоклеточности, пусть и получившая сейчас чуть больше очков, чем остальные.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА