Астробіологи виявили в солоному озері у Каліфорнії бактерії, які здатні використовувати отруйний миш'як замість фосфору, "вбудувавши" його навіть в молекули ДНК, це відкриття може привести до перегляду самих понять "життя" і "живе" і розширити поле для пошуків позаземного життя. Про це йдеться у статті, опублікованій в журналі Science, передає РИА "Новости".
Життя усіх живих істот на Землі - від бактерій та вірусів до людини - залежить від шести хімічних елементів: кисню, вуглецю, водню, азоту, фосфору і сірки. Інші елементи, зокрема метали, присутні в живих організмах у якості слідів, хоча можуть грати критично важливу роль.
Біологи іноді стикаються з тим, що елементи другого ряду "підміняють" один одного. Так, наприклад, у деяких молюсків роль переносника кисню в крові грає не залізо, а мідь. Проте раніше науковцям не було відомо випадків, коли відбувалася б заміна одного з шести головних елементів - вони є основою життя, з них складаються всі органічні молекули, зокрема білки, ліпіди, молекули ДНК і РНК.
Автори дослідження, Феліса Вольф-Саймон з астробиологічного підрозділу НАСА і її колеги, вперше оприлюднили докази того, що один з цих ключових елементів - фосфор - може замінюватися миш'яком принаймні у одного виду бактерій, виявлених ними в солоному озері на сході Каліфорнії.
Фосфор у формі фосфатів (солей фосфорної кислоти) утворює основу ниток молекул ДНК і РНК, а також входить до складу "палива" для живих організмів - аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ).
Миш'як розташований точно під фосфором в таблиці Менделеєва і дуже схожий на нього за своїми физико-хімічними властивостями. Саме ця схожість зумовлює його токсичність - організм не може відрізнити миш'як від фосфору і "пропускає" його в процеси обміну речовин.
Вольф-Саймон і її колеги вивчали мешканців каліфорнійського озера Моно, вода якого відрізняється високим вмістом лугів і солей, зокрема високою концентрацією солей миш'яку.
Дослідники вирощували мікроорганізми, знайдені в донних відкладеннях цього озера, у спеціально підготовленому середовищі, в якому були всі необхідні живильні речовини, але повністю був відсутній фосфор. Крім того, учені постійно "переселяли" бактерії в середу зі все більш високою концентрацією миш'яку, щоб змусити їх використовувати його замість фосфору.
Автори дослідження вважали, що незабаром усі мікроорганізми в цьому середовищі загинуть. Проте за деякий час вони виявили в експериментальному середовищі цілком життєздатні організми.
Дослідження цієї бактерії з сімейства Halomonadaceae, що отримала позначення Gfaj-1, за допомогою методів мас-спектрометрії показало, що миш'як замінив фосфор в ДНК та інших життєво важливих молекулах.
Таким чином вперше вдалося виявити живий організм, в якому відбулася заміна однієї з, як вважалося, абсолютно незамінних "цеглин" життя, що значно розширює рамки "дозволеного" для живих істот.
"Миш'якові" бактерії будуть добре себе почувати на Титані
Виявлені науковцями бактерії, у складі яких роль фосфору грає миш'як, можуть непогано відчувати себе на холодних околицях Сонячної системи, наприклад, на супутниках Сатурну або Юпітера, вважає почесний член Фонду прикладної молекулярної еволюції (США), що фінансує роботи в області біохімії, Стівен Беннер.
Коментуючи ці результати, Беннер зазначив, що миш'як за своїми хімічними властивостях багато в чому схожий з фосфором, проте вбудовуючись в структуру ДНК і РНК, він виявляється "слабкою ланкою". Утворювані ним хімічні зв'язки легко розриваються за рахунок підвищеної реакційної здатності атома миш'яку.
"Водночас підвищена і реакційна здатність миш'яку, що негативно впливає на стабільність біологічних молекул за кімнатної температури, може виявитися корисною в тому випадку, якщо біологічна молекула має виконувати свої функції за низьких температур, таких наприклад як на супутнику Сатурну Титані", - сказав Беннер, виступаючи на прес-конференції в штаб-квартирі НАСА.
"Ідея альтернативної біохімії для життя є загальновідомою в науковій фантастиці. Досі життєві форми, що використовують миш'як як будівельний матеріал, були тільки теоретичною конструкцією, проте тепер ми знаємо, що такі форми життя існують", - зазначив, коментуючи дослідження, Карл Пілчер, директор Інституту астробіології НАСА.
Як зазначила астробіолог NASA Памела Конрад, це відкриття змусить науковців в майбутньому вести пошук позаземних форм життя набагато ширше, ніж можна було уявити.
Професор університету Арізони Джемс Елсер в ході прес-конференції зазначив, що відкриття групи Вольф-Саймон може мати і прикладне значення. Наприклад, подібні організми можуть бути використані для виробництва енергії за допомогою біологічних систем. "Організми або рослини, які можуть бути використані з цією метою і які мають миш'як в структурі своїх біологічних молекул замість фосфору, не потребуватимуть фосфорних добрив або інших типів джерел фосфору для своєї життєдіяльності. Це дозволить обійти проблему скорочення запасів фосфорних мінералів у всьому світі, що інтенсивно розробляються з метою отримання фосфорних добрив", - сказав Елсер.
Як зазначив Беннер, поки що наукове співтовариство достатньо справедливо ставиться зі скепсисом до відкриття Вольф-Саймон, оскільки воно суперечить експериментальному досвіду і знанням хіміків. Воно потребує додаткових експериментів, які показують детальні хімічні механізми вбудовування миш'яку в структуру ДНК, ступінь заміщення та інші параметри.
Зазначимо, нещодавно в атмосфері одного з супутників Сатурну виявили кисень. Ймовірно, він утворюється через розкладання води на складові частини.
