В Калифорнии обнаружили "инопланетные" формы жизни

Так и оказалось. В четверг, 2 декабря, все, кто интересуются наукой, узнали, что на планете присутствуют организмы, непохожие ни на какие другие известные биологам формы жизни. Обитающие в озере Моно бактерии используют в своем обмене веществ мышьяк - страшный яд, от которого человек умирает крайне мучительной смертью даже при малых дозах.

Но жестокие законы дарвиновской межвидовой конкуренции заставляют живых существ приспосабливаться даже к самым неподходящим условиям. Найденным в озере Моно микроорганизмам, названным учеными GFAJ-1, например, пришлось осваивать жизнь в присутствии мышьяка, концентрация которого в 700 раз превышала ПДК предельно допустимую концентрацию (по нормам США). Мышьяк попал в озеро не в результате загрязнения от какого-то завода - ядовитый элемент накапливался в воде тысячелетиями. 

Озеро Моно питается от ледников гор Сьерра-Невада, содержащих довольно большие запасы мышьяка. Высокогорное озеро не имеет стока, поэтому As (так сокр. мышьяк в периодической системе элементов; сокращение от лат. - arsenicum) с вершин остается в нем. 

Авторы новой работы под руководством Фелисы Вольфе-Симон (Felisa Wolfe-Simon) отобрали образцы придонных отложений из озера и в лаборатории выделили из них бактерии (ученые уже знали, что в ядовитом озере кто-то живет). Исследователи "подкармливали" микроорганизмы необходимыми микроэлементами и постепенно повышали концентрацию мышьяка в среде. В итоге Вольфе-Симон и коллеги показали, что GFAJ-1 способны существовать на мышьяке при почти полном отсутствии фосфатов в среде (хотя при их наличии бактерии чувствовали себя лучше). Из следующих нескольких абзацев читателю станет ясно, какая связь между двумя этими веществами. 

Дело в том, что бактерии из озера Моно не просто нейтрализуют ядовитый мышьяк - они используют его в качестве одного из основных "кирпичиков" для строения своих клеток. Выживая в мышьяковой среде, бактерии научились встраивать мышьяк в свою ДНК, а также в молекулы, при помощи которых живые существа запасают энергию. 

В длинных цепях ДНК (дезоксирибонуклеиновых кислот) закодирована вся генетическая информация об организмах, так что их уверенно можно назвать главными молекулами клетки. Молекулы ДНК представляют собой полимеры, состоящие из отдельных блоков четырех различных типов. Каждый блок (их называют нуклеотидами), в свою очередь, состоит из трех составных частей: сахара дезоксирибозы, азотистого основания (сложное циклическое соединение) и остатка фосфорной кислоты. Нуклеотиды соединяются друг с другом через сахар и фосфат, образуя так называемую фосфодиэфирную связь. 

Цепи РНК соединяются так же, как ДНК, так что фосфор также очень важен и для их образования.

Именно свойства фосфодиэфирной связи определяют многие особенности ДНК - если бы она была менее прочной, то цепи ДНК просто рассыпались бы, а более прочную связь было бы труднее разрывать специальным ферментам, осуществляющим, "ремонт" поврежденных участков ДНК. Не менее важную роль фосфодиэфирная связь играет для хранения энергии в клетках - одним из способов ее запасания является "сохранение" джоулей в форме такой же связи в молекулах аденозинтрифосфата (АТФ). АТФ поставляет энергию для множества биохимических процессов, в частности и для синтеза ДНК. И опять же, именно конкретные свойства фосфата определяют способность АТФ работать универсальным "генератором". 

Максимально точная "подгонка" фосфора под нужды клетки обеспечивает очень эффективную работу клеточных механизмов, но такой идеализм (как и любой другой) является узким местом системы. Небольшое отклонение в свойствах одного ключевого элемента приведет к разрушению всего механизма целиком. Фосфор - не единственный идеализированный элемент на земле: другим типичным примером является углерод. Именно из-за такой узкой специализации элементов у ученых сложилось мнение, что жизнь может быть только углеродной (существование других форм жизни однозначно не отвергается, однако считается маловероятным), поэтому обнаружение "мышьяковых" бактерий несомненно можно назвать сенсацией. 

GFAJ-1 используют мышьяк вместо фосфора – то есть в состав ДНК, РНК и АТФ входят остатки не фосфорной, а мышьяковой кислоты (в периодической системе элементов мышьяк находится прямо под фосфором, и, соответственно, образует химические соединения примерно той же структуры). Пока ученые не могут объяснить, как именно калифорнийским бактериям это удается - остатки мышьяковой кислоты, например, менее устойчивы в воде по сравнению с фосфатами. 

Столь принципиальное отличие в биологии существ из озера Моно могло бы служить очень сильным доводом в пользу того, что общий предок всех живущих на Земле организмов совсем не похож на то существо, которое ученые представляли себе до сих пор. Сейчас специалисты полагают, что химическое строение ДНК и РНК у пионеров жизни было таким же, как у современных организмов. Из новых данных можно было бы заключить, что в состав нуклеиновых кислот не обязательно входил именно фосфор. 

Однако пока ученые не торопятся с выводами. Найденные в озере Моно бактерии подозрительно напоминают микроорганизмы семейства Halomonadaceae из группы гамма-протеобактерий (к этой же группе принадлежит, Escherichia coli знаменитая кишечная палочка ). То есть, не исключено, что GFAJ-1 не произошли от неизвестного ученым гипотетического общего предка, а вторично развили способность заменять фосфор мышьяком, пытаясь освоить незанятую экологическую нишу. Дать более точный ответ ученые, вероятно, смогут по итогам более тщательного изучения калифорнийских микроорганизмов. 

Но даже если привлекательная, но пока сомнительная гипотеза не подтвердится, открытие "мышьяковых" бактерий не станет менее значимым событием. Оно означает, что жизнь возможна не только в привычной земной форме, когда ключевыми молекулами являются углерод, кислород, водород, азот и фосфор. А это соображение, определенно, подразумевает, что в список потенциально обитаемых планет можно включить не только планеты похожие на Землю, но и совсем непригодные для жизни землян миры.