Н Хоровиц - Поиски жизни в Солнечной системе

Микроорганизмы

Жизнь в рассолах и сиропах. Как и другие клетки, микро организмы живут только в водных растворах, исключая период состояния покоя. Многие из них способны функцио нировать при гораздо более низкой водной активности, чем клетки высших растений и животных. Однако большинство видов микроорганизмов может развиваться при величине водной активности не ниже 0,90. Еще до того, как возникла наука, люди использовали это обстоятельство: хранили мясо и рыбу в сушеном или соленом виде. Фрукты хорошо сохраняются в насыщенном растворе сахарозы, каковым является, например, джем. Иногда и такие продукты портят ся, что свидетельствует о способности некоторых организ мов развиваться при водной активности 0,85 и даже 0,75 (см. табл. 5). Самая низкая водная активность, при которой зарегистрирован рост микроорганизмов, составляет 0,61. При такой водной активности в растворе сахара медленно растут плесневый грибок Хеготусе.ч hisporus и дрожжи Saccharomyces rouxii, хотя и тот и другой организмы пред почитают большую концентрацию воды. Например, для роста Xeromyces оптимальна а^ = 0,92. Способность раз виваться при д" = 0,75 и ниже обнаружена не только у дрожжей и плесени, но также и у некоторых бактерий и водорослей.

Может быть, эти микроорганизмы способны переносить низкую водную активность окружающей среды благодаря тому, что могут поддерживать высокую водную активность внутри клеток, т. е. там, где протекают основные химические процессы? Нет, это не так. Клеточные мембраны хорошо проницаемы для воды, так что предложенное объяснение неверно. Дело в том, что эти организмы научились жить при такой водной активности среды. (В обзоре А. Д. Брауна [3] описаны различные физиологические механизмы, которые делают возможной такую адаптацию.)

Жизнь в антарктической пустыне. Биологические иссле дования, проведенные в одной из самых суровых пустынь на Земле (и единственной, которая по своим условиям в ка кой-то степени приближается к марсианским), стали воз можны после проведения Международного геофизического года (1957-1958), когда было привлечено внимание к отда ленному антарктическому континенту. Одним из результа тов МГТ стал международный договор, ратифицированный в 1959 г. шестью государствами, который провозгласил

Антарктиду немилитаризованной зоной, сохраняемой для научных исследований на протяжении 30 лет.

Известно, что этот континент покрыт огромной ледяной шапкой, но после проведения МГГ многие люди с удивлени ем узнали, что там есть области, свободные ото льда. Самая большая из них-холодная пустыня площадью в несколько тысяч квадратных километров, обычно называемая "сухие долины",-расположена недалеко от американской полярной станции Мак-Мердо в южной части Земли Виктории. Основ ной экологической особенностью этих долин является со четание низкой температуры и дефицита жидкой воды. Сред няя годовая температура воздуха составляет около -20 С, а средняя температура в летнее время близка к 0"С. Осадки редки-приблизительно 10 см в год (всегда только в виде снега). Незначительность осадков обусловлена ограниченной способностью холодной атмосферы удерживать пары воды. Эта область, отсеченная от основного движения ледников и от внутренних районов континента Трансантарктическими горами, свободна ото льда и насквозь продувается сильными и холодными, но очень сухими ветрами, постоянно дующи ми с высокого антарктического купола в сторону океана. Ветры способствуют испарению снега, сопровождаемому слабым таянием.

Есть основания полагать, что эти долины иссушались на протяжении тысяч лет. Хотя соленые озера и водоемы, питаемые в течение короткого антарктического лета талой водой ледников, не имеют стока, так как расположены на замерзшем грунте, объем воды в них меньше, чем они могут вместить. Эта разница обусловлена потерями при испарении. У некоторых озер есть террасы с сухими останками водо рослей, отмечающие более высокий уровень воды в прош лом. Определение абсолютного возраста этих водорослей методом радиоуглеродного хронометрирования показало, что 3000 лет назад уровень, например, озера Ванда был на 56 м выше, чем сейчас. По оценкам возраст всей системы сухих долин лежит в пределах от 10 до 100 тыс. лет.

Жизнь в этих долинах почти целиком представлена мик роорганизмами. По береговым линиям встречаются обиль ные популяции морских водорослей и цианобактерий (рань ше их называли сине-зелеными водорослями). Эти организ мы, осуществляющие фотосинтез, поддерживают жизнь больших популяций бактерий, дрожжей и плесневых гриб ков. Попадаются также микроскопические животные: про стейшие, коловратки и тихоходки. Количество организмов

заметно уменьшается по мере удаления от ручьев и водое мов. На сухих возвышенностях долин отсутствуют даже лишайники-самые стойкие среди наземных антарктических организмов. Уильям Бойд, один из первых исследователей этого района, сообщал, что в некоторых образцах почвы из наиболее засушливых районов вообще не удается обнару жить бактерий. Позднее такой же результат получила целая группа биологов. Рой Кэмерон, специалист по почвенной микробиологии из Лаборатории реактивного движения, в гсчение восьми сезонов исследовал сотни проб грунта, взятых в этой пустыне. Приблизительно в 10% из них микроорганизмов обнаружить не удалось, а в большей части других их количество было очень незначительным. Роберт Бенуа и Кэлеб Холл получили сходные результаты. "На тех участках, где почва получаст минимальное количество во ды. писали они.-поверхностный слой толщиной в дюйм (~2,5 см) чаще всего был полностью абиотическим (т.е. лишенным каких-либо форм жизни) или содержал менее 10 бактерий на грамм почвы". В пробах, взятых из более глубоких слоев, микроорганизмы обычно присутствовали. но на одном участке Бенуа и Холл не смогли обнаружить никаких бактерий в слое глубиной в метр.

Так как при увлажнении эти почвы способны поддержи вать жизнь, можно заключить, что именно вода является фактором, лимитирующим возможность ее существования в почвах сухих долин. Низкая же температура не относится к таким факторам: действительно, многие микроорганизмы в пои области, особенно живущие в более низких и увлажнен ных местах, могут расти и осуществлять фотосинтез при температурах около О С. В то же время, несмотря на обилие засоленных участков почвы и водоемов, у организмов, оби тающих в этих долинах, редко обнаруживается приспособ ленность к низкой водной активности. Этот и некоторые другие факты свидетельствуют о том. что небольшие по пуляции микробов, обнаруженные в сухих почвах, не местно го происхождения, а занесены ветрами из других, более благоприятных для жизни районов. Такие организмы на ходяг подходящие для себя условия только на некоторых ограниченных, защищенных участках сухих долин. Кэмерон. например, обнаружил водоросли, растущие на нижней сто роне полупрозрачной гальки, где они были защищены от высыхания, а Имре Фридман установил, что бактерии и лишайники могут жить внутри полупрозрачных пористых скальных пород, под поверхностями, обращенными к северу