Илья Колмановский /

Астробиологи создали в пробирке новую форму жизни

Возможно, это поменяет наши представления об устройстве жизни: специалисты из NASA смогли заставить бактерий обходиться без элемента, ключевого для всех известных живых существ

Иллюстрация: GettyImages/Fotobank
Иллюстрация: GettyImages/Fotobank
+T -
Поделиться:

Фото: GettyImages/Fotobank
Фото: GettyImages/Fotobank

После года издевательств в лаборатории бактерии со дна соленого и щелочного озера Моно в Калифорнии превратились в «пришельцев»: они не просто стали есть радиоактивный мышьяк вместо фосфора, они заменили мышьяком все атомы фосфора в своих клетках, в том числе в молекулах ДНК, в белках и других важных для жизни молекулах. Сообщение об этом эксперименте вышло в сегодняшнем Science и лишило меня покоя.

У всех жителей нашей планеты, от вирусов до бактерий, от кактуса до жирафа, от морской звезды до человека, фосфор является одним из шести ключевых атомов (наряду с C, H, N, O, S), строительным кирпичиком, без которого нельзя сделать ни одну живую молекулу. «Буквы» в генетическом коде связаны в цепочки при помощи фосфатных мостиков; мембраны, которые отделяют клетки от окружающей среды, прошиты фосфолипидными связями; наконец, белки (помните Энгельса? «Жизнь — это форма существования белковых тел») тоже содержат фосфор. Фосфор входит в ключевую молекулу, дающую клетке энергию, АТФ. Когда я в ярости и изумлении стучу по клавиатуре, в мышцах кисти сгорает АТФ, и именно разрушение связи между фосфором и кислородом в этой молекуле позволяет мне совершать этот нелегкий труд.

Про изумление я уже написал: уже много раз находили бактерий, которые дышат чем-то неожиданным вместо кислорода (например, железом), которые включают в свой рацион черт знает что (например, цианиды), но не бывает живых существ, у которых, при всех странностях, не было бы всех шести элементов в питании и, в результате, в составе их биомолекул.

Что касается ярости: нынешнее открытие сильно расшатывает наше понимание основ жизни. Уже больше 100 лет наука пытается понять, как развивалась жизнь на Земле до появления первых клеток. В древнем море, в этом первичном бульоне из биомолекул, формировались способы кодирования генетической информации, синтеза белка на основе этой информации, создания мембран, получения и расхода энергии. Все наши рассуждения исходили из неких правил игры: в них было только шесть игроков — C, N, O, H, P, S. По нашим выкладкам, этим шести атомам надо было научиться складываться в большие молекулы, которые должны были научиться копировать себя, получать энергию из окружающей среды и так далее.

Что же теперь получается? Имеется ли на Земле альтернативная или, как написали сегодня многие газеты, «теневая» биосфера? Развивается ли где-то в экстремальных условиях вроде озера Моно иная жизнь, жизнь, которая с самого начала строилась на мышьяке? Или, если жизнь была занесена из космоса, была ли она занесена более одного раза: один раз фосфорная жизнь, другой раз — мышьяковая?

 Надо заметить, что, хотя в озере много мышьяка, там есть и фосфор, и в природе эти бактерии едят именно его и из него строят свои молекулы. Ученые год плавно понижали концентрацию фосфора в еде бактерий в чашках Петри и заменяли на мышьяк (радиоактивный изотоп мышьяка, чтобы было удобнее его отслеживать в последующем анализе). Полностью мышьяковая жизнь на самом деле не найдена в природе — она была получена в пробирке.  

«Мы не говорим, что этот организм — пришелец из космоса, — говорит в подкасте Science ведущий автор статьи, астробиолог из NASA Фелиса Вольф-Саймон. — Этот организм находится на древе жизни земных существ, просто он кое-что умеет делать не так, как все».

 Я увидел тут зацепку, которая должна бы помочь мне восстановить душевное равновесие. Я вспомнил: «Один офицер так порол свою кошку, что она огурцы научилась есть» (Чехов) — и написал участнику нашего сообщества, профессору Евгению Нудлеру: «Послушай, но ведь это умение, пусть и поразительное, — это только лабораторное достижение. Оно говорит о невероятных способностях бактерий к приспособлению к чему угодно, но, возможно, оно ничего не говорит о том, как развивалась жизнь на земле, и о том, как вообще обстоят дела с поеданием мышьяка в природе?»

 Ответ был неутешителен:

Евгений  Нудлер

   Все равно это шок. Если эти бактерии смогли есть мышьяк в пробирке, смогут и в природе.   

Комментировать Всего 25 комментариев

Все равно это шок. Если эти бактерии смогли есть мышьяк в пробирке, смогут и в природе.

 я сказал не "есть" (это было показано и раньше для некоторых бактерий) , а заменить весь фосфор на мышьяк. У них ни в белках, ни в ДНК/РНК больше нет, или почти нет, фосфора! - вот это на самом деле КРУТО 

Прости, да, конечно - я так и понял, и это самое поразительное - почему-то сделал ошибку при отправке комментария.

Но некоторые критики утверждают, что весь фосфор не был заменен. Это так? То есть, нужны дополнительные эксперименты?

Почти весь. Эксперименты нужны, например потому, что мы не знаем, реально, что конкретно произошло в этих молекулах - например в ДНК, которая стала, по выражению Борислава, "уже не ДНК". Мы знаем только грубо: там вместо фосфора - мышьяк. Но изменилась ли структура молекулы? ее поведение? все это вопросы на будущее.

Ну и главное: хорошо бы чтобы всю эту красоту как минимум один раз воспроизвел бы кто-то независимый от авторов. Это технически несложно: рецепт есть в статье.

Ну, если их пороть как следует....

Эту реплику поддерживают: Тата Донец

Не уж то в биологии остались только приверженцы Энгельса? Вот это действительно удивительно и повергает в шок. :)

Я конечно понимаю, что в одночасье учебники не переписать, но и 100 лет говорить одно и тоже, при всё увеличивающемся количестве новых фактов - глупо. Надо признать, согласиться, проверить и добавить во фразу о химии клетки. Так было с неандертальцами, например. И ничего, пережили кончину "родственничков".

Да и Вернадский ещё очень давно  сказал, что жизнь была всегда, но не говорил, что только белковая.   

Не говоря уж о том, что в подавляющем большинстве белков никакого фосфора нет :)

Фосфорсодержащие белки — скорее исключение из правила.

Илья, нелишне будет упомянуть, что с точки зрения химии атомы мышьяка и фосфора очень похожи. Оба имеют одинаковую электронную конфигурацию внешных электронных оболочек (s2p3), очень близкие ковалентные и вандервальсовский радиусы и энергии ионизации. Главная разница в весе, что показывает, что механика (колебания атомов в молекулах) играет в жизни на Земле меньшую роль чем химия (как атомы соединены в молекулы). С некоторой натяжкой мышьяк можно считать изотопом фосфора, и тогда результат не столь уж удивителен. Ведь изотопы давно уже внедряют в живые существа.

Спасибо, Юрий - это очень точное замечание. Именно из-за этого сходства мышьяк - такой яд: он легко проходит в клетку, притворяясь фосфором, и всё там портит.

Заметим, что хоть эти два элемента и похожи - они различаются. Уже раздаются голоса скептиков, которые вообще не понимают как что-то может держаться на мышьяковых мостиках: должно бы диссоциировать в воде. Что Вы думаете?

Нужно отметить, что это не единственный случай, когда живые организмы подменяют одни химические элементы другими. Например, кальций легко заменяется стронцием.

Эта бактерия, если угодно, прекрасная иллюстрация периодического закона Д.И. Менделеева.

Но насчёт "мышьяк можно считать изотопом фосфора" — это вы конечно здорово погорячились :)

"Но насчёт "мышьяк можно считать изотопом фосфора" — это вы конечно здорово погорячились :)"

Гулять так гулять :)) Но такая аналогия проясняет ситуацию, по-моему.

Ну... для тех, кто знает, что такое изотоп — проясняет. Но им и про периодический закон должно быть понятно :)

"Астробиологи создали в пробирке новую форму жизни"

Когда я вчера прочел эту статью у меня не создалось впечатления, что астробиологии создали это. Эти бактерии существовали и без них. Они просто убедились, что эти бактерии могут жить без фосфора, если есть мышьяк.  Или я чего не понял?

Felisa Wolfe-Simon, a scientist at Arizona State University's School of Earth and Space Exploration, found a strain of Halomonadaceae bacteria called GFAJ-1 on the bottom of California's volcanic Mono Lake that can live without any phosphoru

И статьи  на эту тему во всех СМИ употребляют слово Dicovery:

Discovery of alien microbe that lives on arsenic in California's Mono Lake may redefine 'life' 

Эту реплику поддерживают: Елена Пыльцова

Хорошее замечание; этот заголовок - моя такая нарочная ловушка. Бактерии - да, они есть в природе, и их ОТКРЫЛИ. Но они - НЕ новая форма жизни, потому что они, как мы пока думаем, строят всё из фосфора, как и все живые существа.

Новая форма  жизни, на мой взгляд, возникла в пробирке в тот момент, когда атомы фосфора заменились на атомы мышьяка - и этот взгляд я отразил в заголовке.

Мне, конечно, трудно спорить, но из того, что я прочел у меня создалось впечатление, что все ученые полагают, что они возникли "параллельно" с нормальной жизнью и все эти годы питались не только фосфором, а тем, "что под руку попадет". То есть они такими были всегда, а ученые с помощью эксперимента показали, что они они (бактерии) умеют петь и тенером и баритоном, в то время, как весь остальной мир поет только тенором. То есть вполне можно предположить, что они предпочитали бы мышьяк, но за неимением его в достаточных количествах вынуждены были потреблять эрзац-пищу в виде фосфатов. :)

Не совсем так. Мысль о теневой, альтернативной биосфере - немедленно приходит на ум, это да; но здесь хочется трезво посмотреть и обозначить: что конкретно удалось показать? Удалось показать, что их МОЖНО довести до такой жизни. Сама автор говорит: "Мы не говорим, что это альтернативная форма жизни. Мы лишь говорим, что они умеют и ТАК".

удивительное открытие

Еще большим шоком будет, если удастся заменить углерод каким-то другим элементом. Но это уже будет крайне маловероятно.

кремнием же всегда хотели заменить, фантасты - и сегодня все сразу про это вспомнили

Да, да, кажется, у Ивана Ефремова был такой рассказ, где жизнь на кремниевой основе.  И еще у него же, кажется, - где фтор вместо кислорода, и наши встречаются в космосе с такими "фторовыми" разумными существами...

Бактерии конечно удивительные существа, которые явно переигрывают нас в способностях приспособляться. И несколько отклоняясь от "открытия" астробиологов, вспомнилось, что в своем письме  ВОЗ проблему роста резистентности бактерий к антибиотиками назвал одной из угроз человечеству. При этом новые механизмы резистентности у бактерий развиваются гораздо быстрее разработки и внедрения новых антимикробных средств.

Поэтому крайне интересно, а что в чашке Петри будет с чувствительностью "новых" superbugs к антибиотикам?

Отличный вопрос - давайте спросим Женю, который работает ровно по резистентности на высочайшем уровне. Как ты думаешь - могут ли тут быть сюрпризы?

Вопрос на самом деле интересный и не однозначный. В природе резистентность к антибиотикам обычно возникает когда одни бактерии или грибы пытаются убить других бактерий, и те в свою очередь адаптируются разными способами. Такое, например, происходит постоянно в почве, где живет основное количество известных бактерий и они там все время воюют. Но эти твари, что "едят" мышьяк, живут в таких жутких условиях, что мало кто осмелится там с ними конкурировать. Поэтому я думаю, что как раз к антибиотикам они могут быть очень даже чувствительны, т.к. у них не было селекции против них. Но антибитики бывают очень разные. Для большинства мишенью являются важные клеточные ферменты, а некоторые, например, могут интеркалировать (встраиваться) в ДНК. Последние могут иметь проблему в случае если ДНК уже вовсе и не ДНК, а черти что, где вместо фосфора мышьяк.

Эту реплику поддерживают: Денис Проценко

Илья Колмановский Комментарий удален

Илья Колмановский Комментарий удален

А почему в ферментах (в аминокислотах) не бывает фосфора? (и, соотв., мышьяка)

Таким образом, использование антимикробных препаратов, чьими "мишенями" являются ДНК - бессмысленно априори, а воздействующие на микробную стенку - будут работать?

Но ведь есть ещё и такие механизмы резистентности как эффлюкс, т.е. активный "выброс" антибиотика бактрией?

И самый главный вопрос Евгению, будут ли "новые" бактерии вирулентыми в отношении человека?