бактерии на дне марианской впадины
Ничего себе вирусы: Что за существ достали со дна Марианской впадины
Они поражают не только невероятными размерами, но и беспрецедентно сложной генетикой. Более того, их происхождение неясно.
Несколько лет назад китайский подводный аппарат опустился в одно из самых таинственных мест на Земле — Бездну Челленджера, это самое дно знаменитой Марианской впадины в Тихом океане. Там на 11-километровой глубине температура близка к нулю, давление примерно 1100 атмосфер, полная темнота и крайняя скудость в смысле питания для живых организмов. И тем не менее это далеко не безжизненное место. Со дна взяли образцы и в них обнаружили множество микроскопических организмов. А некоторые из них весьма странные. Учёные их раньше уже встречали, и накопилось множество вопросов.
В 1976 году в американской Филадельфии была вспышка какой-то необычной пневмонии. Её прозвали «болезнью легионеров», потому что она поразила участников очередного съезда ветеранов боевых действий (Американского легиона). Более двух сотен человек заразились, 34 умерли. Учёные принялись искать возбудителя инфекции. В конце концов нашли: это оказались бактерии, их так и назвали — легионеллами. Но дело в том, что на эти поиски ушло довольно много лет, и в этом долгом процессе исследований однажды — в 1992 году — в числе прочего обнаружили вот такое.
Микробиологи увидели внутри амёбы некий организм в виде многогранника с 20 гранями, такая фигура называется икосаэдром. Покрыт длинными нитями, как волосами. И у него довольно-таки внушительные (в масштабах микромира, конечно) размеры — 500, а то и все 700 нанометров в диаметре. К примеру, у большинства вирусов, для сравнения, диаметр где-то 20, или 50, или 80 нанометров. Поэтому учёные и сказали: это бактерия. Для бактерии такие габариты совершенно нормальны. Даже дали ей название Bradfordcoccus — в честь английского города Брэдфорда, где её и нашли. После этого ещё несколько лет данный образец продержали в холодильнике, а затем его исследовала другая группа учёных. И то, что они обнаружили, если не повергло их в шок, то как минимум изумило: нет, это не бактерия. Бактерии так себя не ведут. У неё жизненный цикл идёт, как у вируса. Это гигантский вирус, который только притворяется микробом. Мимикрирует под микроб. Поэтому он был переименован в мимивирус.
Что о нём удалось выяснить впоследствии. Что это вирус амёб, созданий, которые особым интеллектом не отличаются: они думают, что это бактерия, и проглатывают притворщика. А у него имеется в одном месте небольшая структура, напоминающая звезду. Микробиологи стали называть её звёздными вратами. Так вот, часа через два эти врата открываются и оттуда является вирусная ДНК, то есть молекула-командир, молекула-программа. И ещё спустя пару часов она успешно разворачивает фабрику по производству себе подобных — репликацию. За сутки максимум она собирает штук триста репликантов, и амёба-жертва просто разрывается, это называется лизисом.
И добро бы ещё дело ограничивалось одними амёбами. Но есть исследования о том, что они с таким же успехом могут обитать в человеческих макрофагах, это такие клетки в нашем организме, которые занимаются поеданием в общем-то всего, что нам не нужно: патогенов, остатков разрушенных клеток, токсинов и так далее. Санитары. То есть в нормальной ситуации они съедают нехорошую частицу и просто её переваривают. Но если эта частица способна там обосноваться и организовать производственный процесс, то это уже, знаете ли, интересно получается. И ведь в начале 2000-х в Канаде у нескольких пациентов с воспалением лёгких нашлись антитела против этих мимивирусов. А однажды во Франции лаборант, который их выращивал, подхватил пневмонию. Правда, справедливости ради надо сказать, что совсем не факт, что именно мимивирус к этому причастен. Не установлено.
Далее. Маленький гигант большой репликации производит впечатление не только своими размерами, но и богатым устройством генома: миллион с лишним пар нуклеотидов (строительных блоков ДНК) — примерно в 40 раз больше, чем у того же ковида. Более того, у него много таких белков, которых у других вирусов нет, зато они есть у бактерий, к примеру, или у одноклеточных. А есть такие, которые вообще не похожи ни на один известный белок.
Спрашивается, откуда и зачем столько всего. И это вопрос о, собственно, происхождении мимивирусов. Есть две версии. По одной, это результат «обратной эволюции»: сначала он был обыкновенным вирусом, потом развился до уровня бактерии, но через какое-то время передумал и вернулся к вирусному образу жизни. А по другой — он просто насобирал себе этих генов и белков у своих хозяев по мере накопления паразитического опыта. Но, кстати, не исключено, что он не такой уж мерзавец: учёные подозревают, что некоторые из приобретённых способностей он использует в помощь хозяину. То есть это уже по сути симбиоз. Таким образом, оба остаются живы и получают эволюционное преимущество.
Да, вот же что ещё любопытно: на нём самом нашли маленькие вирусы, их назвали Sputnik, то есть это уже его собственный паразит. Вирус вируса!
Наконец, мимивирус снова поднимает давний спор о том, можно ли считать вирусы живыми существами. Появляется новый аргумент в пользу того, что да: на эту мысль наводит происходящее в мимивирусных фабриках. Репликация ДНК, синтез белков — всё это очень напоминает процессы в клеточном ядре.
И ещё один вопрос: почему этим вирусам-гигантам больше нравится на дне Марианской впадины, чем где бы то ни было ещё. Пока в таких количествах, как в жёлобе, их больше нигде не видели.
На дне Марианской впадины обнаружены бактерии, питающиеся нефтью
В самой глубокой точке Мирового океана, Марианской впадине, расположенной в западной части Тихого океана и уходящей под поверхность почти на 11 000 метров (для сравнения, высота горы Эверест составляет 8848 метров) ученые обнаружили уникальные бактерии, питающиеся нефтью. Исследование, чьи результаты были опубликованы в журнале Microbiome, проводились международной группой специалистов во главе с учеными из Университета Восточной Англии. Вместе со своими коллегами из Китая и России, ученые провели самый полный анализ микробных популяций в самом глубоком месте впадины.
Исследовательская группа спустилась вниз, чтобы собрать образцы микробной популяции в самой глубокой части Марианской впадины – примерно в 11 000 метрах под водой. Вернувшись в лабораторию ученые воссоздали условия среды обитания этих бактерий и выяснили, что некоторых из этих групп микроорганизмов способны разлагать углеводород.
«Углеводороды – это органические соединения, которые состоят только из атомов водорода и углерода, и их можно найти во многих элементах, включая сырую нефть и природный газ. Таким образом, эти типы микроорганизмов, по сути, питаются соединениями, аналогичными тем, которые содержатся в нефти, а затем используют их в качестве топлива. Подобные микроорганизмы сыграли определенную роль в устранении нефтяных разливов, возникающих при стихийных бедствиях, таких как разлив нефти BP в 2010 году в Мексиканском заливе», — комментирует один из авторов нового исследования Джонатан Тодд из Школы биологических наук Университета Восточной Англии.
Обнаруженная бактерия, разлагающая углеводороды
Ученые сообщают, что доля бактерий, разлагающих углеводороды, во впадине самая высокая на Земле. Но откуда бактерии получают углеводороды для питания? Чтобы раскрыть эту загадку ученые взяли пробы воды с глубин 2000, 4000 и 6000 метров. Выяснилось, что углеводороды присутствуют во всех образцах взятой воды.
«Нами обнаружено, что углеводороды существуют на глубине 6000 метров ниже поверхности океана и, возможно, даже глубже. Значительная их часть, вероятно, связана с загрязнением поверхности океана», — объясняет Николай Педенчук из Школы наук об окружающей среде Университета Восточной Англии.
«К нашему удивлению, мы также идентифицировали биологически производимые углеводороды в океанических отложениях на дне впадины. Это говорит о том, что уникальная микробная популяция производит углеводороды в этой же среде», — добавил исследователь.
По словам ученых, эти углеводороды похожи на соединения, из которых состоит дизельное топливо. Они были обнаружены в водорослях на поверхности океана, но никогда не встречались в микробах на огромных глубинах.
По мнению исследователей, углеводороды помогают микробам пережить сильнейшее давление в 1091 кг/см2, которое имеется на дне Марсианской впадины.
«Кроме того, они могут также выступать в качестве источника пищи для других микробов, которые, возможно, способны потреблять любые загрязняющие углеводороды, попадающие на дно океана. Но необходимы дополнительные исследования, чтобы полностью понять эту уникальную среду», — добавляет Дэвид Ли-Смит, еще один автор исследования из Школы биологических наук Университета Восточной Англии.
Ученые планируют и дальше исследовать микробную жизнь на дне Марианской впадины, а также постараются выяснить объемы углеводородов, попадающих в ее среду из-за деятельности человека.
«Пока мы знаем больше о Марсе, чем о самой глубокой части Мирового океана», – подытожил профессор Сяо-Хуа Чжан из Океанского университета в Китае.
Обсудить новость можно в нашем Telegram-чате.
«След» человека, гигантские вирусы и другие находки на дне Марианской впадины
ПО ТЕМЕ
Океанские глубины таят в себе не меньше загадок, чем космическое пространство. Долгое время человеку были недоступны подводные пространства глубиной в несколько километров, но в последние десятилетия исследования океанского дна проводятся весьма активно.
Ученых давно интересовало, что же находится на дне этой бездны. Первое погружение человека на дно Марианской впадины было совершено 23 января 1960 года лейтенантом ВМС США Доном Уолшем и исследователем Жаком Пикаром в батискафе «Триест». На дне исследователи неожиданно встретили плоских рыб размером до 30 см, похожих на камбалу.
Затем, 24 марта 1995 года, в Марианский желоб спустился японский зонд «Кайко». Во время этого погружения были обнаружены одноклеточные организмы фораминиферы.
На такой глубине эти одноклеточные организмы достигают 10 см в диаметре.
В 2000-х годах исследования Марианской впадины стали проводиться все активнее. Не многие знают, что 26 марта 2012 года одиночное погружение на дно Марианского желоба совершил канадский режиссер Джеймс Кэмерон (тот самый, который снял фильм «Титаник»). Тогда Кэмерон стал третьим человеком, побывавшим в Марианской впадине (после Уолша и Пикара) и первым, кто спустился туда в одиночку.
Во время своего погружения на аппарате «Дипси челленджер», которое длилось более трех часов, Кэмерон взял образцы пород, живых организмов и при помощи 3D-камеры снял видеокадры, которые легли в основу документального фильма канала National Geographic «Джеймс Кэмерон: Путешествие к центру Земли».
Большой вклад в исследование Марианской впадины принадлежит американскому бизнесмену и энтузиасту Виктору Весково. В 2019 году он стал четвертым человеком в мире, побывавшим на дне Марианской впадины, опустившись на рекордные 10 928 метров.
Летом 2021 года появились новости о том, что китайские исследователи нашли на дне Марианской впадины гигантские вирусы, размеры которых даже превышали размеры некоторых бактерий.
Исследователи обнаружили несколько гигантских вирусных видов, в том числе мимивирусы, которые обычно используют амебу в качестве хозяев, в отложениях, взятых с морского дна на глубине почти 11000 метров ниже уровня моря.
И хотя гигантские вирусы были обнаружены в других местах, они оказались более многочисленными на большой глубине, где давление в 1100 раз превышает атмосферное.
В некоторых экспериментах эти гигантские вирусы могли вызывать повреждение тканей у млекопитающих, но пока нет доказательств того, что они могут причинить прямой вред человеку.
Жизнь на дне Марианской впадины достаточно разнообразна. Там встречаются существа, которые приспособились к жизни в условиях колоссального давления толщи воды в несколько километров. Большинство из них имеет способность светиться в темноте.
Ученые нашли на дне Марианской впадины вирусы аномально больших размеров
На дне Марианской впадины нашли образцы гигантских мимивирусов. Они выросли из-за давления на глубине 11 км.
Читайте «Хайтек» в
Группа китайских исследователей в рамках миссии Challenger Deep извлекла из самой глубокой точки планеты отложения. В них ученые нашли вирусы, среди которых были и гигантские виды. Авторы исследования отмечают, что их размер превышал размеры некоторых бактерий, что очень необычно. Хотя мимивирусы обнаруживались и в других местах, они оказались более многочисленными на глубине 11 км. Как известно, давление в этом районе в 1 100 раз превышает атмосферное.
Мимивирусы — это род вирусов, включающий в себя единственный вид Acanthamoeba polyphaga mimivirus (APMV), их хозяевами являются амебы рода Acanthamoeba. В отличие от большинства других вирусов, мимивирус не проходит через фильтр с диаметром пор 0,22 мкм и виден в световой микроскоп.
Популяция мимивирусов на дне впадины составляет примерно 4% от общей вирусной популяции. Также вместе с отложениями ученые извлекли со дна океана 15 других типов вирусов и более 100 бактерий разных видов. Кроме аномального размера, мимивирус выделяется среди других патогенов очень сложным геномом — в нем более 1,2 млн пар оснований. Для сравнения, геном коронавируса нового типа, который спровоцировал пандемию COVID-19, почти в 40 раз короче. Ученые подчеркивают, что воздействие мимивирусов на млекопитающих пока только изучается в лабораторных условиях.
На дне Марианской впадины обнаружены бактерии, поедающие нефть
По признаниям ученых, подробно изучено всего 5 % дна океана. Для сравнения, о поверхности Марса и обратной стороне Луны нам известно гораздо больше. Но, похоже, уже скоро одной океанской тайной станет меньше.
Марианская впадина – самое глубокое и, пожалуй, самое малоисследованное место Мирового океана. Ее глубина — около 11 000 метров. Среди последних, сделанных здесь находок — неизвестные ранее живые организмы и странные звуки, исходящие из морской бездны. И вот теперь перечень уникальных открытий пополнили бактерии, питающиеся углеводородами, которые обнаружила команда ученых Университета Восточной Англии.
Для нового исследования они собрали образцы микробной популяции со дна Марианской впадины. После воссоздания в лаборатории условий их естественного обитания было обнаружено, что эти бактерии потребляют углеводороды. Ни один из известных науке видов микроорганизмов такой способностью не обладает.
Возникает вопрос: где они могли этому «научиться»? Чтобы ответить на него, ученые взяли пробы воды на поверхности впадины, а также на глубинах 2000, 4000 и 6000 метров. Во всех пробах были обнаружены частицы нефтепродуктов. При этом следует уточнить — не все обнаруженные углеводороды являются следствием загрязнения окружающей среды. Часть из них является продуктом жизнедеятельности глубоководных микробов.
По версии ученых, потребление и выделение углеводородов помогает микроорганизмам выживать в условиях гигантского давления. К сведению, на дне Марианской впадины оно составляет 108,6 МПа, что в 1072 раза больше обычного «земного». Исследование уникальных бактерий продолжается.