Наука № 33-34(2011)
bez-imeni-7 50Можно ли "воскресить” живое существо, замороженное в толще льда или вечной мерзлоты многие годы назад? Продвинутый читатель скажет, что это невозможно. И будет прав. Но только отчасти. Потому что ученые давно и успешно решают эту проблему. Правда, речь идет не о совсем обычных существах - о микроорганизмах. Но зато и время, которое они провели в замороженном состоянии, исчисляется тысячами и миллионами лет! О том, зачем размораживают микробов, что это дает науке, корреспонденту "Поиска” рассказал заведующий лабораторией криологии почв Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН доктор геолого-минералогических наук Давид ГИЛИЧИНСКИЙ.
- Давид Абрамович, неужели даже миллионы лет вечной мерзлоты не способны убить жизнь?
- Это действительно так. Мы занимаемся темой, которую коротко можно назвать "микробы в мерзлоте”, 25 лет. Их изучение позволяет больше узнать о границах возможностей организмов. Нами разработан метод асептического отбора мерзлых образцов из скважин. Совместно с сотрудницами кафедры биологии почв МГУ Еленой Воробьевой и Верой Соиной проведены исследования, которые показали, что в вечной мерзлоте Арктики и Антарктиды сохраняются живые микроорганизмы. Впоследствии к этим работам подключились коллеги из ряда академических институтов и зарубежных лабораторий.
Отрицательные температуры служат скорее стабилизирующим, а не экстремальным фактором. Сами по себе они "не запрещают” биохимические, биогеохимические, метаболические реакции, просто их скорости становятся предельно малыми, благодаря чему происходит адаптация живых систем к новым условиям. Микроорганизмы в криосфере Земли сохраняют жизнеспособность в течение геологического (то есть длительного, в несколько миллионов лет) времени. Сотрудник нашей лаборатории Елизавета Рывкина показала, что в условиях вечной мерзлоты возможен как конструктивный (с образованием липидов), так и энергетический (с выделением метана и углекислоты) метаболизм. Мы считаем, что именно метаболические реакции помогают сохранению жизнеспособности в мерзлых породах в течение многих тысяч и даже миллионов лет. После оттаивания образцов в лаборатории микробы восстанавливают свою физиологическую активность и способность к делению.
Возраст микроорганизмов равен продолжительности их криоконсервации, то есть возрасту мерзлоты. Для Арктики это примерно три миллиона лет. Чтобы охватить этот временной интервал, нам достаточно 100 метров, поэтому глубже не бурим. Мы изучаем подземные горизонты возрастом от нескольких тысяч до нескольких миллионов лет. Вообще, это довольно любопытное зрелище: наверху, в слое сезонного оттаивания, который не превышает полуметра, растут кустарники и даже деревья, а под ними толщи мерзлых пород.
Бурение и отбор проб - основная задача наших экспедиций, для этого мы используем специальные установки. Затем достаем из скважины мерзлую породу, помещаем ее в специальные термостаты, в которых поддерживается отрицательная температура, и доставляем в лабораторию.
- Как вы определяете возраст мерзлоты, а значит, и микробов?
- Это сложная задача. Для ее решения используется комплекс геологических и физических методов (палеонтологических, изотопных), а также знание истории развития территории. Мы стараемся работать в изученных районах, по которым есть датировки, и поэтому не надо тратить дополнительные силы, время, деньги на то, что уже сделано другими учеными. В этом отношении нам интересен север Восточной Сибири, где 30 лет работает наша палеоэкологическая экспедиция "Берингия”. Но сейчас это "полюс экономической недоступности”. Я могу трижды слетать в Нью-Йорк и обратно и всего один раз - в поселок Черский, что на границе Якутии и Чукотки. Речь идет о сумме порядка 100 тысяч рублей. И это только перелет одного человека. А ведь еще требуется вертолет, который обходится в 150 тысяч рублей в час, нам же нужно как минимум 10 часов. В этом регионе стало сложно работать еще и потому, что практически полностью разрушена инфраструктура. Но именно здесь, на северо-востоке Евразии, находятся самые древние мерзлые породы Северного полушария, которым три миллиона лет. Проще и дешевле работать в Западной Сибири, во многом благодаря тому, что эта область освоена и имеет довольно развитую инфраструктуру. Но там мерзлота относительно молодая.
- Исследуете ли вы в мерзлоте что-то еще помимо микробов? Ведь наверняка под землей находите интересные крупные объекты.
- В Арктике мы часто находим кости и бивни мамонтов, но вывозить их категорически запрещено. Как-то нашли замороженного человека, передали археологам. Выяснилось, что его возраст - 300 лет. Обнаружили также норы древних сусликов, которые 30 тысяч лет назад таскали в свои "домики” семена. Они были буквально вмерзшими в лед. Мы передали их сотруднику соседнего Института биофизики клетки РАН Светлане Яшиной. Ее группа прорастила эти семена (как выяснилось, "смолевки арктической”), растения даже зацвели. Это отдельная большая тема - восстановление древних генетических ресурсов путем проращивания семян. А идея работать с норами и семенами принадлежит сотруднику нашей лаборатории доктору биологических наук Станиславу Губину.
- Много ли видов микробов вы находите в мерзлоте? Отличается их количество от численности в живой почве?
- Образцы из Арктики и Антарктиды содержат бактерии, дрожжи, грибы. Наши сотрудницы, недавние аспирантки Анастасия Шатилович и Любовь Шмакова, первыми в мире выделили из мерзлоты простейших: инфузории, жгутиковые, амебы. По результатам своих исследований молодые ученые опубликовали ряд статей, теперь готовятся к защите кандидатских диссертаций.
Что касается количества микроорганизмов, то в наших породах от 10 до 100 тысяч микробных клеток на один грамм грунта. А в живой почве больше - от 100 тысяч до десятков миллионов.
- Удалось ли вам найти какие-либо необычные виды микроорганизмов?
- Наш молодой сотрудник Кирилл Кривушин описал новый вид метанобразующей археи (группа безъядерных микроорганизмов). Совместно с лабораторией Виктории Щербаковой (Институт биохимии и физиологии микроорганизмов РАН) мы выделили ранее неизвестные анаэробные микробы. Наш аспирант Василий Миронов обнаружил термофильные микроорганизмы в мерзлых вулканических отложениях, аспирантка Екатерина Караевская выделила чистые культуры из антарктических отложений, возраст которых более 3,5 миллиона лет, сейчас занимается их идентификацией. Совместно с Ладой Петровской, старшим научным сотрудником Института биоорганической химии РАН, разрабатываем новое направление - биотехнологическое: оказалось, что микроорганизмы, выделенные из вечной мерзлоты, содержат белок родопсин, обладающий уникальными свойствами. А наша сотрудница Ксения Новотоцкая-Власова обнаружила, что некоторые виды микроорганизмов могут вырабатывать ферменты, проявляющие активность при низких температурах.
Одна из наших задач - найти кардинальные различия между древними и современными объектами, но пока это не удается сделать. Микробы появились на Земле три-четыре миллиарда лет назад. 100 тысяч или даже три миллиона лет - слишком маленький интервал, для эволюции это секунды. Хотя более древние микроорганизмы можно найти в Антарктиде, мы на это надеемся.
- Антарктида находится от нас дальше Арктики. Как вы добираетесь до нее? Какие там условия жизни?
- Исследования на этом континенте финансируются из бюджета, через госструктуру "Российская антарктическая экспедиция”. Ежегодно от Санкт-Петербурга отходит судно "Академик Федоров”, на путь до конечного пункта уходит полтора месяца. Полный рейс составляет полгода.
Российских станций в Антарктиде шесть, они появились в 1950-х и были одними из первых. Инфраструктура осталась прежней. Конечно, станции, которые строят сейчас другие страны, по уровню комфортности на порядок отличаются от наших. Тем не менее нас обеспечивают четырехразовым питанием, постоянно работает сауна, всегда тепло, есть свет, к услугам стиральная машина. Мы приезжаем в Антарктиду на два-три месяца, но станции функционируют круглогодично. Известно, что сегодня главное для многих стран - обозначать эффект присутствия в Антарктиде. И это присутствие официально связано с наукой, хотя никто не скрывает политической подоплеки. Многие страны имеют на ледяном континенте хотя бы по одной станции. Но все соседи живут мирно и дружно, присутствие военных запрещено там по международным законам.
- Вы сотрудничаете с другими странами?
- Мы работаем с учеными разных государств. Обоюдный интерес был у нас с американцами в районе Сухих Долин Антарктиды, где нет российских станций. Они обеспечивали нам инфраструктуру и вертолеты, а мы - буровые работы. Полученные образцы делили пополам. У каждой стороны свои, но связанные между собой задачи. Американцев интересовал возраст пород и льда, нас - микробы. Был и общий интерес - температура мерзлоты. В 1999-м мы установили в скважину датчики, с тех пор температура (минус 23 градуса) не менялась. В прошлом году такое сотрудничество было с испанцами. А недавно договорились с коллегами из Новой Зеландии о бурении в районах, где можно рассчитывать на обнаружение мерзлых пород возрастом 30 миллионов лет, то есть на порядок больше, чем в Арктике. Мы попытаемся выделить оттуда жизнеспособные клетки и ДНК. Такой временной промежуток дает надежду найти различия между микроорганизмами разных эпох. До сих пор в Антарктиде мы работали с породами не древнее трех - пяти миллионов лет.
Беседу вела Фирюза ЯНЧИЛИНА