Для выживания жизни нужно намного меньше воды, чем вы могли бы подумать Страница 1 из 2







«Ищи воду» долгое время было мантрой наших научных поисков внеземной жизни в Солнечной системе и за ее пределами. Мы продолжаем искать условия, при которых вода может оставаться жидкой на поверхности планеты или в другом месте в пределах планетарного тела. В таком подходе есть смысл. Для жизни, какой мы ее знаем, вода необходима для сложной химии, которая позволяет расти и размножаться. Везде, где есть вода, у жизни есть шанс — так мы думаем.

«В принципе, все активные клеточные системы живут в водной среде, — говорит Джон Холсворт, микробиолог из Королевского университета в Белфасте. — Без водной среды внутри клетки и снаружи, микробы могут умереть, или, в лучшем случае, решат уйти в подобие спячки».

Рождается хороший вопрос: насколько вода нуждается в жизни? Недавнее исследование, проведенное Холсвортом и его коллегами, показало, что ответ заключается не столько в количестве воды, сколько в ее концентрации.

Вода, в которой мы завариваем чай, прекрасно вмещает другие молекулы в свою жидкую среду. Помимо этого, вода является мощным растворителем и с легкостью растворяет соли в океанах и минералы на земле. В результате вода может стать неприятной или даже токсичной для жизни, в зависимости от того, что будет в ней растворено. Жизни необходима «биологически доступная» вода, извлекаемая из окружающей среды.

«Хотя это может показаться нелогичным, количество воды, присутствующей в потенциально обитаемой среде, не является мерой того, насколько биологически доступными являются молекулы воды, — говорит Холлсворт. — В качестве определяющего фактора для жизненных процессов выступает концентрация молекул воды».

Мера биологической доступности воды называется «активность воды». Холлсворт говорит, что в клетках она работает так же, как топливная смесь в двигателях. Двигатель может быть сконструирован для работы с топливом в виде 95% этанола и 5% воды, и количество воды не имеет такого значения, как ее относительная концентрация в смеси.

«Такой двигатель может заработать и функционировать одинаково вне зависимости от того, будет там литр или сто топлива в топливном баке».

Однако если тонкое соотношение этанола и воды нарушается, «двигатель становится менее эффективным и начинает барахлить». Если соотношение топливной смеси пересекает критический порог, «двигатель и вовсе может перестать работать», что можно сравнить со смертью или неактивностью живого организма.

В своей новой работе Холлсворт и его коллеги изучили минимальный уровень активности воды, необходимый жизни на Земле. Также авторы попытались определить, что этот уровень будет означать для поиска жизни во Вселенной. Хорошая новость: на первый взгляд пустынные, засушливые места в нашей Солнечной системе могут поддерживать довольно высокий уровень активности воды, в условиях которого могут развиваться определенные микробы. По сути, некоторые внеземные условия не особо отличаются от мест на Земле, в которых выживают так называемые «экстремофилы» — микробы, переживающие перепады температур, высокое давление и низкую активность воды.

«Есть предельный лимит активности воды даже для самых устойчивых форм жизни, — говорит Холлсворт. — Поэтому мы определили типы водной среды, которые существуют в нынешней Солнечной системе, и выяснили, что некоторые из этих мест напоминают плодородные микробные жилища на Земле».

Как далеко вы можете зайти?







Современные австралийские строматолиты

Хотя подавляющее большинство земных организмов живет в окрестностях с высокой активностью воды, планета точно не является сухой. Минимальная активность воды для жизни составляет порядка 0,600 — эквивалент 60% относительной влажности, показатель, который мы ассоциируем с погодой. Максимальная активность чистой воды имеет произвольное значение 1.

Все три домена жизни на Земле обладают своими рекордсменами-организмами, которые живут при активности воды в 0,600 или немного выше (этот уровень влажности считается низким). Для эукариот, домена, в который входят люди и другие животные, первое место занимают дрожжи под названием Xeromyces bisporus. Эта форма гнездится в сухой сладкой среде и может приводить к порче продуктов.

Ученые впервые обнаружили удивительную способность этих дрожжей расти при уровне активности воды 0,605 в 1968 году. На протяжении десятилетий, вместе с десятком других грибов, X. bisporus полностью занимала диапазон до показателя активности воды в 0,700. Два других домена жизни — бактерии и археи — которые включают только одноклеточных существ, известных как прокариоты, могут выживать при активности воды в 0,755.

Это существенное различие завело размышления ученых о происхождении жизни на Земле в тупик. Считается, что прокариотические клетки, которые проще эукариотических, были первыми видами жизни. Вероятнее всего, прокариоты царили на планете за миллиарды лет до расцвета эукариот.

Тем не менее самые ранние свидетельства жизни указывают на то, что она появилась в соленой среде с относительно низкой активностью воды. К примеру, слои микробов образовали строматолиты в прибрежной среде, окаменелости которых мы изучаем сегодня. В приливных зонах, где возникали сообщества таких микробов, соли должны были накапливаться на строматолитах по мере того, как выпаривалась вода, оставшаяся от прилива. К тому же миллиарды лет назад океаны должны были быть в два раза соленее, чем сегодня. Каким-то непостижимым образом первобытные организмы справлялись с повышенными дозами соли.

Недавние исследования, проведенные Холлсвортом и его коллегами, предложили решение. Некоторые прокариоты, как выяснилось, могут иметь дело с такими перенасыщенными солью условиями, наряду с любителями низкой влажности, дрожжами X. bisporus. Многие годы ученые утверждали, что жизнь может функционировать и при активности воды ниже 0,600, но со временем это так и не подтвердилось.

Все свидетельства на сегодняшний день подтверждают, что активность воды в диапазоне от 0,690 до 0,600 представляет собой «биофизическую кромку функциональной биосферы Земли».

Тише едешь — дальше будешь


  • 84
  • 21/09/2016


Поделись



Подпишись



Смотрите также