По оценкам исследователей, в трещинах горных пород обитает такое же плотное сообщество бактерий, как кишечник человека, около 10 миллиардов бактериальных клеток на кубический сантиметр (0.06 кубических дюймов). Напротив, средняя плотность бактерий, живущих в иловых отложениях на морском дне, оценивается в 100 клеток на кубический сантиметр.
"Я почти слишком жду, что найду жизнь на Марсе. Если нет, то, должно быть, жизнь полагается на какой-то другой процесс, которого нет на Марсе, например, на тектонику плит », – сказал доцент Йохей Судзуки из Токийского университета, имея в виду движение наземных масс вокруг Земли, которое наиболее заметно по причине землетрясений.
Судзуки – первый автор исследовательской работы, объявляющей об открытии, опубликованной в Communications Biology.
Магия глинистых минералов
«Я думал, что это был сон – видеть такую богатую микробную жизнь в горных породах», – сказал Судзуки, вспоминая, как впервые увидел бактерии в образцах подводных горных пород.
Подводные вулканы извергают лаву с температурой около 1200 градусов по Цельсию (2200 градусов по Фаренгейту), которая в конечном итоге трескается при остывании и превращается в скалу. Трещины узкие, часто менее 1 миллиметра (0.04 дюйма) в поперечнике. За миллионы лет эти трещины заполняются глинистыми минералами, той же глиной, из которой делают гончарные изделия.
Каким-то образом бактерии попадают в эти трещины и размножаются.
"Эти трещины – очень удобное место для жизни.
Глиняные минералы подобны магическому материалу на Земле; если вы можете найти глинистые минералы, вы почти всегда можете найти в них живущих микробов », – объяснил Сузуки.
Микробы, обнаруженные в трещинах, являются аэробными бактериями, то есть они используют процесс, аналогичный тому, как клетки человека производят энергию, полагаясь на кислород и органические питательные вещества.
"Честно говоря, это было очень неожиданное открытие.
Мне очень повезло, потому что я чуть не сдался », – сказал Сузуки.
Круиз для образцов из глубины океана
Судзуки и его коллеги обнаружили бактерии в образцах горных пород, которые он помог собрать в конце 2010 года в рамках Комплексной программы морского бурения (IODP). Экспедиция IODP 329 взяла группу исследователей с тропического острова Таити в центре Тихого океана в Окленд, Новая Зеландия.
Исследовательское судно встало на якорь над тремя точками на пути через Южно-Тихоокеанский круговорот и использовало металлическую трубу 5.7 километров до дна океана. Затем буровая установка вырубила на 125 метров ниже морского дна и извлекла образцы керна, примерно по 6 штук каждая.2 сантиметра в поперечнике.
Первые 75 метров ниже морского дна были иловыми отложениями, а затем исследователи собрали еще 40 метров твердой породы.
В зависимости от местоположения образцы горных пород оценивались в 13.5 миллионов, 33.5 миллионов и 104 миллиона лет.
Места сбора не находились рядом с гидротермальными жерлами или подводными водными каналами, поэтому исследователи уверены, что бактерии попали в трещины самостоятельно, а не были вытеснены течением. Образцы керна также были стерилизованы, чтобы предотвратить поверхностное загрязнение, с использованием искусственной промывки морской водой и быстрого ожога, процесс, который Судзуки сравнивает с приготовлением суши абури (обожженных пламенем).
В то время стандартным способом обнаружения бактерий в образцах горных пород было отколоть внешний слой породы, затем измельчить центр породы в порошок и подсчитать количество клеток в этой дробленой породе.
«Я издавал громкие звуки молотком и долотом, ломая камни, в то время как все остальные тихо работали со своей грязью», – вспоминал он.
Как разрезать камень
На протяжении многих лет, продолжая надеяться, что бактерии могут присутствовать, но не смог их найти, Судзуки решил, что ему нужен новый способ взглянуть на трещины, проходящие через скалы. Он нашел вдохновение в том, как патологоанатомы готовят ультратонкие срезы образцов тканей тела для диагностики заболеваний. Судзуки решил покрыть камни специальной эпоксидной смолой, чтобы сохранить их естественную форму, чтобы они не рассыпались, когда он срезал тонкие слои.
Затем эти тонкие листы твердой породы промывали красителем, окрашивающим ДНК, и помещали под микроскоп.
Бактерии выглядели как светящиеся зеленые сферы, плотно упакованные в туннели, которые светятся оранжевым светом, в окружении черных камней. Это оранжевое свечение исходит от залежей глинистых минералов – «волшебного материала», который дает бактериям привлекательное место для жизни.
Анализ ДНК всего генома выявил различные виды бактерий, обитавших в трещинах.
Образцы из разных мест содержали похожие, но не идентичные виды бактерий. Камни в разных местах имеют разный возраст, что может повлиять на то, какие минералы успели накопиться, и, следовательно, какие бактерии наиболее распространены в трещинах.
Судзуки и его коллеги предполагают, что трещины, заполненные глинистыми минералами, концентрируют питательные вещества, которые бактерии используют в качестве топлива. Это может объяснить, почему плотность бактерий в трещинах горных пород на восемь порядков больше, чем плотность бактерий, свободно живущих в иловых отложениях, где морская вода разбавляет питательные вещества.
Со дна океана до Марса
Глинистые минералы, заполняющие трещины в глубоководных породах океана, вероятно, похожи на минералы, которые могут находиться в породах, которые сейчас находятся на поверхности Марса.
"Минералы похожи на отпечаток пальца, определяющий условия, в которых образовалась глина. «От нейтрального до слабощелочного уровня, низкая температура, умеренная соленость, богатая железом среда, базальтовые породы – все эти условия характерны для глубин океана и поверхности Марса», – сказал Сузуки.
Исследовательская группа Сузуки начинает сотрудничество с Космическим центром Джонсона НАСА для разработки плана исследования горных пород, собранных с поверхности Марса марсоходами.
Идеи включают в себя хранение образцов в титановой трубке и использование сканера компьютерной томографии (компьютерной томографии), типа трехмерного рентгеновского снимка, для поиска жизни внутри трещин, заполненных глинистыми минералами.
«Это открытие жизни там, где ее никто не ожидал, в твердой скале под морским дном, возможно, изменит правила игры для поиска жизни в космосе», – сказал Сузуки.