Как организмы в самых безжизненных местах Земли помогут обнаружить следы внеземной жизни

Астробиолог и эколог-микробиолог Люк Маккей исследует самые необычные формы жизни на Земле, чтобы найти ответы на главные вопросы о Вселенной.

«Вообще-то я внутренне готовлюсь к провалу, но что поделать», — шутит Люк Маккей.

Я спросила ученого, как бы он объяснил ребенку, чем занимается. Люк Маккей — астробиолог и эколог-микробиолог. Ему 35 лет, он живет в Алабаме и изучает микробов — разнообразные формы жизни, скрытые от невооруженного глаза. За последние несколько лет Люк объездил весь мир, исследуя колонии микроскопических экстремофилов — уникальных организмов, которые живут в самых непригодных для жизни местах на Земле: в горячих источниках, во льдах Антарктики, в гидротермальных жерлах глубоководных морей и других местах, куда не осмелится попасть человек.

Глядя на поразительное существование экстремофилов, мы можем больше узнать о происхождении жизни на Земле и, возможно, в далёких от нас мирах.

«Вероятно, я бы начал с вопроса: „Откуда ты появился?“», — ответил Маккей [на просьбу объяснить ребенку суть его работы].

«Ребенок ответил бы что-то забавное, например: „От мамы и папы“ или: „Я просто вышел из дома“», — продолжает Люк. «Но я бы направил этот ход мысли к основной идее: „Что тебя создало?“ Что стало причиной существования твоего тела? Есть вещи, без которых ты не сможешь жить. И если ты понимаешь, насколько широко они распространены (по всей Вселенной), ты начинаешь думать: „О, а ведь существование внеземной жизни не так уж и маловероятно. На самом деле, это кажется возможным благодаря огромному количеству источников энергии“».

Люк Маккей — один из девяти ученых, снявшихся в экспериментальном документальном фильме от Motherboard «Самое неизведанное», в котором затрагиваются самые острые вопросы человечества. («Что такое темная материя? Что есть осознанность? Откуда появилась жизнь? Есть ли жизнь где-либо еще во Вселенной?»). Все герои фильма построили карьеру на изучении фундаментальных жизненных компонентов и того, насколько они необходимы на Земле, в Солнечной системе и в других уголках Вселенной. Эти исследования в совокупности расширяют круг знаний о нашем непростом существовании.

Что значит быть живым? Что есть жизнь? Что явилось причиной появления всего? Это одновременно простые и чрезвычайно сложные вопросы, которые подпитывают столь заразительное любопытство ученого. Пока другие всматриваются в космос и совершают манипуляции с человеческим мозгом, Люк Маккей отматывает ход жизни назад, к первичному состоянию Земли, когда, по его словам, всё было «просто химией».

«Это большие, даже огромные вопросы, но они трудны», — признает ученый. Для исследования настолько обширных проблем зачастую необходимо разбить их на более мелкие понятия — что приводит нас к метану.

Метан, или CH4 — это один атом углерода, окруженный четырьмя атомами водорода, и он представляет из себя «по сути, самую крутую молекулу», — восклицает Люк. Это сильнодействующий парниковый газ без цвета и запаха, широко распространенный на Земле. Он попадает в атмосферу по-разному: например, из газовых выделений коров, тающих ледников и при потреблении ископаемого топлива. Всё это напрямую способствует изменениям климата: на данный момент метан — это на 20% причина глобального потепления. Значительная часть этого газа вырабатывается биологическими источниками, главным образом — микробами, которых изучает Люк. Их наличие на Земле и есть свидетельство жизни.

И, возможно, существование таких микробов на других планетах может быть признаком жизни и там.

Отчасти поэтому исследователь так помешан на необычных древних организмах, которые вырабатывают и потребляют метан в процессе метаболизма и при этом способны превращать химические соединения в биологическую энергию. Для этого некоторые из микробов используют водород, углекислый газ или окись углерода. Они относятся к археям — одному из трех доменов живых организмов наравне с бактериями и эукариотами. Эти одноклеточные микроорганизмы зародились более чем три с половиной миллиарда лет назад. Многие из них — это экстремофилы, найденные в кишечнике животных, на болотах и в невообразимо жарких и холодных природных условиях.

Люк объясняет, что последние сорок лет ученые были уверены: те жизненно важные для микробов процессы обмена веществ, которые связаны с метаном (например, метаногенез), были присущи лишь узкой ветви древа жизни, единственному биологическому типу архей — эвриархеоты. (Известные нам формы жизни делятся на три большие домена: эукариоты, бактерии и археи, и каждый из них далее подразделяется на биологические типы).

Только в 2015 году в ходе исследования у совершенно другого подвида — Bathyarchaeota — были обнаружены гены, отвечающие за метаногенез. Через год после этого еще одна группа ученых обнаружила их в филуме Verstraetearchaeota. Для коллег Люка, как и он заинтересованных в происхождении всего живого, это стало огромным открытием. Сегодня все больше ученых обнаруживают эти древние гены среди архей.

«Мы приходим к пониманию, что метаногенез может считаться не только ранним проявлением жизни, но и эволюционно отличным процессом», — добавляет ученый. На своем сайте Люк Маккей описывает это как системное изменение. «В производство или потребление метана может быть вовлечено намного больше организмов, чем считалось ранее».

Большая доля метана на Земле вырабатывается такими организмами, но газ может происходить и из других источников, в частности, благодаря такому геологическому процессу, как вулканическая активность.

Так что же для ученых означает обнаружение метана, предположим, на Марсе? Возник ли он там благодаря живым существам или появился небиологическим путем в глубинах планеты?

В 2003-2004 годах три независимые группы ученых объявили о невероятном открытии: они зафиксировали присутствие атмосферного метана на красной планете. Несколько лет спустя, в 2013-2014 годах, марсоход «Кьюриосити», принадлежащий NASA, обнаружил метановые шлейфы на поверхности Марса. А в этом году «Кьюриосити» предоставил еще больше данных с планеты, указывающих на сезонные изменения метановой активности, однако они по-прежнему не дали ответа на вопрос, откуда он появляется.

Существует реальная вероятность того, что некоторые формы жизни на Марсе (существующие или вымершие) вырабатывали метан. И в ходе различных исследований сегодня изучается их способность выживать в условиях, идентичных тем, что на поверхности Марса. В другом уголке Солнечной системы, на спутнике Сатурна Титане, который также хранит в себе скопления метана, возможно, тоже есть жизнь.

И даже если примитивные микробы, которых изучает Люк Маккей, могут оказаться не совсем точным аналогом инопланетной жизни, они однозначно дают ту точку, от которой нам следует отталкиваться в ее поисках.

«ДНК — мой конек», — заявляет Люк Маккей. — «Я люблю ДНК».

Дезоксирибонуклеиновая кислота, содержащая генетическую информацию о нас и практически любом другом организме на Земле, — это именно то, чем экстремальная среда привлекает ученого. Те места, где могла впервые возникнуть жизнь, напоминают непредсказуемо кипящий котел. Это гидротермальные источники или земные горячие потоки, объясняет ученый. Здесь Люк Маккей ищет экстремофилов, связанных с метаном. Изучая их ДНК, исследователь может сделать выводы об их генетическом потенциале и лучше понять, каким образом эти существа получают энергию в таких условиях.

«Почти в любой среде можно найти новую ДНК, а значит и совершенно новые неизвестные формы жизни, которые нам пока не дано понять до конца», — рассказывает мне исследователь. — «По-моему, обнаружить новую жизнь — чертовски круто».

Экспедиции Люка простираются от антарктических островов до гидротермальных источников Калифорнийского залива, расположенных на глубине более полутора километров. В последнее время ученый исследует знаменитые горячие ключи Национального парка Йеллоустоун. Для своей работы он даже получил финансирование от NASA.

Люк извлекает образцы ДНК в лаборатории, чтобы понять, какие именно существа образуют эти колонии микробов. Этот процесс включает в себя вращение центрифуг — «машин для сверхмощного взбалтывания», а также использование различных химических реагентов для выделения ДНК из клеток таким образом, чтобы можно было получить её в чистом виде в пробирке. После изолирования ДНК можно изучить её последовательность и понять, каким образом конкретные экстремофилы получают энергию и углерод в необычной среде.

Ученый отмечает, что микробиологи лишь начинают приходить к пониманию того, насколько колоссально разнообразие бактерий и архей. И это понимание было невозможно до изучения последовательностей ДНК.

Сейчас Люк Маккей — младший профессор Государственного университета Монтаны, и оглядываясь на свою научную карьеру, он называет её путешествием. «Я из очень интеллигентной и любознательной семьи, но мое прошлое довольно сильно связано с религией», — признается исследователь. Он потратил десяток лет на изучение микробной экологии, включая аспирантуру.

«Я с рождения думал, что знаю ответы на все вопросы, потому что они есть в Библии или потому что Бог сказал то или другое», — делится со мной Люк. — «Становясь старше, я начал допускать, что не всё из этого — правда. В итоге я пришел к мысли: „Окей, теперь я вижу, что не знаю ответов на эти вопросы, и я приложу усилия, чтобы докопаться до истины?».

В конце концов, ученый решил, что не знать чего-либо — это абсолютно нормально, и что отсутствие ответов может быть стимулом к любознательности, а возможно — и к новым открытиям.

В проекте «Самое неизведанное» Люк проводит время вместе с двумя другими учеными — когнитивным психологом Акселем Клиремансом и астрономом Рэйчел Смит. Удивляет то, насколько совпадают их точки зрения: психолог может мало знать о последовательностях ДНК, но в то же время фундаментальные вопросы, которыми задаются ученые, поразительно схожи. «Всё это — неизвестные фрагменты, которые никто не видит», — в какой-то момент заявляет Клиреманс, сравнивая неизведанные глубины сознания с огромными неизученными участками древа эволюции.

Рэйчел Смит преподает физику и астрономию в Аппалачском государственном университете. Она смотрит в телескоп и видит бесчисленное количество звезд. Глядя в микроскоп, Люк Маккей видит, по его словам, бесконечно много крошечных организмов, которые выглядят как звезды.

Люк вспоминает свою мысль: «О Господи, мы же делаем абсолютно одно и то же. Только ты смотришь чертовски далеко вовне, а я вглядываюсь внутрь».

«Аксель и Рэйчел, — добавляет он, — мне очень вас не хватает. Я любил проводить время с вами, это было весело. С нетерпением жду, когда увижу вас снова».

Люк Маккей в каком-то смысле и сам экстремофил. Суффикс «-фил» обозначает любовь к чему-то, и это именно то, что ученый испытывает к труднодоступным местам, которые исследует. Люк признает, что любить условия, которые могут лишить тебя жизни, парадоксально, но это «ставит нас на место». «Мы считаем себя созданиями, которые могут подстроить под себя всю окружающую среду. Но только не эту». Когда ученый не занят своими приключениями, он вполне обычный чувак. Ему нравятся походы, он катается на сноуборде, играет на гитаре и слушает рэп и хип-хоп.

Еще Люку нравится научная фантастика, но только качественная, которая «опирается на науку, ее потенциал и закономерные возможности, которые мы еще не реализовали».

Ученый вспоминает слова биолога Государственного университета Сан Диего Фореста Ровера, произнесенные им в ответ на вопрос одного из студентов: «Что вы читаете?». Ровер ответил, что читает пособия по инструментам и научную фантастику. Потому что пособия содержат перечень инструментов, с помощью которых можно что-то создать, а научная фантастика вызывает любопытство, чтобы это создать.

Возможно, поэтому Люк обожает научно-фантастическую трилогию «Задача трех тел» китайского писателя Лю Цысиня. Эта книга слегка напоминает некое пособие, она получила высокую оценку за скрупулезный и оригинальный подход к классическому вопросу о внеземной жизни: что произойдет, если люди вступят в контакт с инопланетянами?

«Там есть о биологии, молекулярной биологии, астрофизике, информатике, нанотехнологиях, — восхищается Люк. — Довольно крутая книга!»

Полюбить все эти большие вопросы довольно легко. Что есть жизнь на Земле или где-либо во Вселенной? Они требуют обратиться вглубь к самым мелким деталям. Нужно заглянуть на много лет назад в историю Земли, чтобы человечество смогло проложить свой курс к будущему. И, конечно, было бы здорово, чтобы в этом будущем оказались инопланетяне.

Даже Люк Маккей признает, что это было бы большим козырем.

«Да», — заявляет ученый, размышляя о моем первом вопросе — как бы он описал ребенку свою работу. «Я бы упомянул „инопланетян? в моем рассказе, ведь это наверняка взволновало бы его».

Оригинал: Vice MotherboardАвтор: Сара Эмерсон

Переводила: Анастасия ЗагайноваРедактировал: Сергей Разумов

Источник: m.vk.com