Биовулканология

Термофильные микроорганизмы

Рифтии в районе подводных гидротерм

Невероятно, но факт, что некоторые микроорганизмы живут в источниках практически при температуре кипения воды.

Своеобразная, специфическая группа экстремально термофильных микроорганизмов вообще не может расти при температуре ниже 40-^45°С. Жизнедеятельность в таких условиях обеспечивается особым строением их белков, жиров и ферментов, а также структурных клеточных элементов — оболочки, мембран, рибосом и возможностью эффективной репарации тепловых повреждений ДНК.

Японский микробиолог И. Эмото", пожалуй, первым в 1933 г. обнаружил и выделил из горячих ручьев с.кислой реакцией воды несколько видов термофильных тионовых бактерий, развивавшихся при температуре до 80°С. Советский ученый С. И. Кузнецов изучал микроорганизмы горячих ключей Камчатки и выяснил их Способность к росту при температурах до 95°С.

Открытие термофильных микроорганизмов в термальных источниках вулканогенного происхождения, поражая воображение, вызывает вопросы. А каковы вообще предельные температурные (и иные) условия жизни на нашей планете? Нельзя ли на этих примерах предсказать возможность жизни на других планетах? Т. Брок с соавторами в США установили, что некоторые микроорганизмы размножаются в источниках при еще более высоких температурах,, но экстремальное воздействие этих температур, вероятно, усиливается кислой реакцией. Потому с повышением кислотности растворов верхний предел температур, при которых возможна жизнедеятельность микроорганизмов, понижается. Поиск продолжался.

В 1983 г. в американском журнале «Nature» была опубликована статья И. Бароса и И. Деминга о росте бактерий при температуре более 250°С и очень высоких давлениях. Авторы сообщили, что такие бактерии обнаружены в подводных гидротермах Восточно-Тихоокеанского поднятия в так называемых черных курильщиках. Публикация вызвала сенсацию. Правда, через год- в том же журнале, но другим ученым, Р. Уайтом, эти данные основательно подверглись сомнению и сейчас считаются ошибочными. Однако оставим спор о достоверности выводов ученым-микробиологам. А вот об открытии специфических биологических сообществ в подводных гидротермах и о роли микроорганизмов в их существовании стоит рассказать подробнее.

Находка богатой и необычайно разнообразной фауны — своеобразного оазиса в глубоководной пустыне на гидротермальных излияниях в рифтовой зоне Восточно- Тихоокеанского поднятия на глубинах от 2485 до 2595 м справедлив!) считается одним из замечательнейших открытий последних лет в биологии. Это открытие сделано в 1977—1979 гг. с помощью обитаемых подводных аппаратов «Алвин» (США) и «Сиана» (Франция).

Совсем недавно аналогичное сообщество открыто советскими учеными у северо-восточных берегов Америки. Суть в том, что вокруг выходов на поверхность дна океана горячих вод, содержащих сероводород и ионы тяжелых металлов, обитает множество разных животных: крупные двустворчатые моллюски, так называемые вестиментиферы (длинные червеобразные трубчатые животные, относящиеся к погонофорам), брюхоногие моллюски, крабы, десятиногие раки-галатеи V другие животные. Они обитают при температуре 20—30°С на границе кислородной и бескислородной зон.

Интересно, что сообщество существует за счет симбиотических бактерий, окисляющих сероводород (а возможно, и метан) , и не зависит от первичной продукции, которая образуется только за счет энергии Солнца в освещенных им слоях. Как это происходит? Нагляднее всего это продемонстрировать на примере своеобразных живых существ, получивших название рифтий, относящихся к уже упоминавшимся вестиментиферам.

Рифтии впервые описаны именно здесь, в районе подводных гидротерм. Биохимики П. Уильяме, X. Фельбек и Р. Хесслер установили совершенно своеобразный способ питания рифтий. Пищеварительной' системы у них нет. Бактерии-симбионты, живущие в трофосоме рифтий, окисляют сероводород, выделяющийся из гидротермальных источников. Это дает им энергию, которую они затрачивают на образование органических веществ из углекислого газа, который также выделяется из недр. Но откуда им взять кислород? Ведь в водах, изливающихся из гидротерм, его нет, а бактерии — аэробы. Рифтия поставляет им~кисдород с собственной кровью. Сама же поедает бактерий или продукты их метаболизма. Таким образом, рифтия — хемоавтотрофное животное, не нуждающееся ни в притоке органики извне, ни в свете для фотосинтеза. И все это благодаря симбиотическим бактериям. По образному выражению К. Н. Несиса, «оазис в глубоководных пустынях — это мир, где не Солнце, а сера — основа жизни».

Считалось, что глубоководный оазис жизни обязан своим существованием гидротермальной деятельности в рифтовой зоне. Однако в 1984 г. подобное биологическое" сообщество было открыто в совершенно иной геологической обстановке. Группа американских биологов и геологов под руководством Ч. Полла на аппарате «Алвин» обнаружила богатое сообщество животных на глубине 3266 м у подножия Флоридского эскарпа — почти отвесной известняковой стены (высотой 2000 м), отделяющей шельф Западной Флориды от глубоководной равнины Мексиканского залива. Здесь оказались мощные пласты бактерий, скопления вестиментифер, двустворчатых и брюхоногих моллюсков и многих других животных. Это сообщество обитает у самого обрыва в узкой, 20— 30 Mj полосе — в своеобразной нише. Виды и некоторые роды животных здесь иные, чем в оазисах Восточно-Тихоокеанского поднятия, но общий облик сообщества тот же. Только вот район этот тектонически стабильный, нет здесь гидротермальной деятельности, темпёратура воды чуть выше 4°С, т. е. типична для глубоководных слоев океана. Биологическое сообщество в районе развивается благодаря проникновению с шельфа концентрированных растворов, содержащих сероводород, аммоний и ионы металлов. Очевидно, и в этом случае животные живут за счет бактерий, окисляющих сероводород.