Микроорганизмы, стойкие к экстремальной солености воды, нашли в сибирских озерах, условия в которых соответствуют представлениям ученых о характеристиках подледного океана на спутнике Сатурна Энцелад. Открытие ученых Курчатовского института расширяет представления о возможности существования внеземной жизни в границах Солнечной системы, что может повлиять и на направленность космических исследований. Исследование имеет также утилитарный характер: уникальные микроорганизмы являются источником специальных ферментов, которые повышают эффективность моющих средств.
Ученые Курчатовского института исследовали соленые озера, расположенные в степном поясе, который проходит по югу России от Волги через Алтайский край и заканчивается в Забайкалье. Эти водоемы характеризуются экстремальной соленостью (она может достигать 400 г на литр воды), высоким содержанием щелочей и сильными сезонными перепадами температур (от +30°С до –40°С). Однако, несмотря на неблагоприятные условия, в них живут некоторые виды микроорганизмов, которые выработали собственные механизмы самосохранения, — их изучение и стало одним из основных направлений исследований.
В соленых озерах бактерии используют разные способы защиты от неблагоприятных условий. Например, они вырабатывают вещества, которые накапливаются внутри клетки и позволяют удерживать внутриклеточное (осмотическое) давление на необходимом уровне. Таким образом, оно приближается к давлению окружающей соленой воды, что предохраняет микроорганизмы от повреждений, которые может вызвать солевой дисбаланс.
Кроме того, у бактерий имеется и своеобразная внешняя защита: они умеют синтезировать полисахариды — длинные молекулы, которые впоследствии полностью их обволакивают, препятствуя проникновению агрессивных веществ из внешнего мира.
— Я думаю, проведенные нами исследования позволят расширить представления людей о границах существования жизни и потенциальных возможностях приспособления к самым сложным (в том числе космическим) условиям, — считает ведущий научный сотрудник НИЦ «Курчатовский институт», кандидат биологических наук Зоригто Намсараев. — В частности, предполагается, что схожие показатели солености воды имеет океан, который находится под ледяной коркой спутника Сатурна Энцелад.
В случае с океаном на Энцеладе его соленость является не препятствием для жизни, а наоборот — залогом ее развития, поскольку пресная вода не может сохраняться в жидком состоянии и остается ледяным пластом.
— Безусловно, то, что находится на спутнике. — это не маленький водоем, а огромный океан, который покрыт непроницаемой для света коркой льда, — рассказывает заведующий отделом исследований Солнечной системы Института астрономии РАН Валерий Шематович. — Вместе с тем его сходство с изучаемыми в Курчатовском институте озерами прослеживается и с точки зрения солености воды, ее щелочного состава и температуры.
Таким образом, наличие микроорганизмов в соленых озерах увеличивает вероятность нахождения жизни как на Энцеладе, так и на других, пока не изученных небесных телах, имеющих подледную воду в жидком состоянии (например, к ним относится спутник Юпитера Европа).
— Но если жизнь там и есть, то она существенно отличается от земной. Например, в качестве химического источника энергии местные микроорганизмы будут использовать не кислород, а молекулярный водород, который в изобилии присутствует на Энцеладе, — добавил Валерий Шематович.
Изучение бактерий и вырабатываемых ими ферментов помимо нового взгляда на возможность жизни в космосе позволит облегчить и многие земные процессы, которые происходят в агрессивных средах, в том числе такие обыденные, как мытье посуды или стирка вещей.
По словам исполнительного директора компании «Химитэкс» Елены Щукиной, главное преимущество ферментов при их использовании в моющих средствах — это возможность расщеплять специфические загрязнения (в частности, жирные пятна) в относительно холодной среде, что позволяет избежать необходимости в дополнительном нагреве воды, на который тратится большое количество электроэнергии. Кроме того, в некоторых случаях (например, при стирке шерстяных вещей) сильный нагрев может испортить ткань, и химическое устранение загрязнений остается единственным методом, который возможно использовать.
Новые ферменты, выделенные из бактерий, живущих в агрессивных средах, должны лучше работать в составе щелочных моющих средств, что улучшит их эффективность в холодной воде и в конечном итоге приведет к существенной экономии в любых моющих процессах.