В пустыне Атакама в северном Чили, одном из самых сухих мест на Земле, микроорганизмы способны выживать, добывая воду из тех самых скал, которые они колонизируют сообщает сайт ascania-nova.org.
Работая в полевых и лабораторных экспериментах, исследователи из Калифорнийского университета в Ирвине, а также из Университета Джона Хопкинса и Калифорнийского университета в Риверсайде получили глубокое понимание механизмов выживания некоторых цианобактерий в суровых условиях.
Новая информация, опубликованная сегодня в « Записках Национальной академии наук» , демонстрирует, как жизнь может процветать в местах, где нет большого количества воды, таких как Марс, и как люди, живущие в засушливых регионах, могут когда-нибудь получить гидратацию из имеющихся минералов.
«Армейское исследовательское бюро финансировало этот проект, потому что они хотят понять, как организмы могут выживать в экстремальных условиях», - сказал ведущий автор, профессор UCI по материаловедению и инженерии UCI. «Они также хотели, чтобы мы помогли перевести это на то, чтобы позволить людям справиться с самыми суровыми условиями, будь то в середине пустыни или во время исследования других планет».
Исследовательская группа сосредоточила внимание на взаимодействиях Chroococcidiopsis, устойчивых к высыханию цианобактерий, обнаруженных в пустынях по всему миру, и гипса, содержащего воду минерала на основе сульфата кальция. Колонизирующие формы жизни существуют под тонким слоем скалы, что дает им меру защиты от высокого солнечного излучения Атакамы, чрезвычайной сухости и ударов ветра.
Соавтор Джоселин ДиРугжеро, доцент кафедры биологии Университета Джона Хопкинса, отправилась в отдаленную пустыню, чтобы собрать образцы гипса, которые были привезены обратно в ее лабораторию в США. Она порезала маленькие кусочки укрывавшихся цианобактерий и отправила их в лабораторию Кисайлуса для анализ материалов.
В одном из самых ярких открытий исследования исследователи узнали, что микроорганизмы изменяют саму природу породы, которую они занимают. Извлекая воду, они вызывают фазовое превращение материала - из гипса в ангидрит, обезвоженный минерал.
Согласно DiRuggiero, импульс для опубликованной работы пришел, когда Вей Хуан, доктор наук в области материаловедения и инженерии UCI, обнаружил данные, показывающие совпадение концентраций ангидрита и цианобактерий в образцах гипса, собранных в Атакаме.
«Наш анализ областей породы, где были колонизированы микробы, выявил обезвоженную фазу сульфата кальция, что позволяет предположить, что они извлекают воду из породы для выживания», - сказал Кисайлус. «Мы хотели провести еще несколько контролируемых экспериментов, чтобы подтвердить эту гипотезу».
Затем команда ДиРужеро разрешила организмам колонизировать полмиллиметровые кубы породы, называемые купонами, в двух разных условиях: один в присутствии воды, чтобы имитировать среду с высокой влажностью, а другой - полностью сухой. На фоне влаги гипс не превращался в ангидритную фазу.
Цианобактерии «не нуждались в воде из камня; они получали ее из своего окружения», сказал Кисайл. «Но когда они оказались в стрессовых условиях, у микробов не было другого выбора, кроме как извлечь воду из гипса, вызывая это фазовое превращение в материале».
Его команда использовала комбинацию передовой микроскопии и спектроскопии, чтобы исследовать взаимодействия между биологическими и геологическими аналогами, обнаружив, что организмы врезались в скалу как крошечные шахтеры, выделяя биопленку, содержащую органические кислоты.
Хуанг использовал модифицированный электронный микроскоп, оборудованный спектрометром комбинационного рассеяния, чтобы обнаружить, что цианобактерии использовали кислоту для проникновения в гипс в определенных кристаллографических направлениях - только в определенных плоскостях, где они могли бы легче получить доступ к воде, существующей между гранями ионов кальция и сульфата.
Кисайлус сказал, что проект является отличным примером междисциплинарного сотрудничества между микробиологами и материаловедами.
«Исследователи давно подозревали, что микроорганизмы могут извлекать воду из минералов, но это первая демонстрация этого», - сказал ДиРуджеро. «Это удивительная стратегия выживания для микроорганизмов, живущих на сухом пределе для жизни, и она будет направлять наш поиск жизни в другом месте».
Роберт Кокоска, доктор философии, программный менеджер в Исследовательском бюро армии, входящем в состав Исследовательской лаборатории армии Командования по развитию боевых возможностей армии США, отметил: «Армия очень заинтересована в том, как микроорганизмы, хорошо адаптированные к экстремальным условиям, могут быть эксплуатируется для новых применений, таких как синтез материалов и выработка электроэнергии в этих суровых условиях. Это исследование предоставляет ценные подсказки для раскрытия усовершенствованных стратегий проектирования, используемых этими естественными микробами, обитающими в пустыне, для поддержания их жизнеспособности перед лицом многочисленных экологических проблем ».
Финансирование работ было предоставлено Исследовательским отделом армии и НАСА.
