Обнаружены бактерии, использующие вместо фосфора мышьяк
7 декабря 2010 года
<dynamicpagelist> category = Опубликовано category = Наука и технологии notcategory = Не публиковать count = 8 stablepages = only suppresserrors = true namespace = Main addfirstcategorydate = true </dynamicpagelist>
В солёном озере Моно в Калифорнии астробиологи НАСА обнаружили бактерии, которые в своих молекулах ДНК и РНК используют вместо фосфора атомы мышьяка.
До сих пор считалось, что всё многообразие живых существ на Земле основано на шести основных элементах: углероде, водороде, кислороде, азоте, фосфоре и сере. Именно из этих элементов составлены основные строительные «кирпичики» всего живого — белковые молекулы. Остальные элементы, хотя и играют значительную роль в регуляции процесса жизнедеятельности, присутствуют в организмах в незначительном количестве.
Ранее биологам удавалось обнаружить подмену одних элементов другими только для «второстепенных» элементов, например, перенос кислорода в крови некоторых животных осуществляет не железо, как в большинстве организмов, а медь. Однако шесть основных элементов казались незаменяемыми и считались одним из универсальных свойств, присущих всему живому на Земле.
Группе учёных из астробиологического отдела НАСА под руководством Фелисы Вольф-Саймон удалось впервые обнаружить живой организм — вид бактерий из семейства Halomonadaceae, заселяющих солёное озеро Моно на востоке Калифорнии, — использующий вместо фосфора мышьяк. Фосфор является основой молекул ДНК и РНК, а также является одним из составляющих аденезинтрифосфорной кислоты (АТФ), выполняющей в живых клетках роль «топлива».
Мышьяк по своим химическим свойствам близок к фосфору: он находится в том же столбце таблицы химических элементов Менделеева. В то же время именно эта схожесть и делает мышьяк ядовитым для большинства живых существ, поскольку организм, будучи не в силах отличить его от фосфора, замещает им фосфор в клетках, что приводит к уменьшению силы связей в молекулах и в конечном счёте вызывает нарушение обменных процессов.
Учёные проводили исследования микроорганизмов из озера Моно, обладающего высокой концентрацией солей, в частности солей мышьяка. Ими был выделен вид бактерий, позднее получивших название GFAJ-1, который в дальнейшем помещался в специально подготовленную среду, обладающую всеми необходимыми питательными веществами за исключением фосфора. Однако вопреки ожиданиям биологов бактерия выжила в таких условиях. дальнейшее изучение молекулярного состава бактерий показал, что в молекулах ДНК клеток бактерии произошло замещение атомов фосфора атомами мышьяка и при этом не был нарушен процесс воспроизводства организмов.
Сделанное открытие показывает, что возможно существование жизни, основанной на альтернативных биохимических процессах. В частности, подобная жизнь могла бы зародиться на планетах с иным, нежели на Земле, химическим составом. Так, почётный член Фонда прикладной молекулярной эволюции (США), финансирующего работы в области биохимии Стивен Беннер считает, что жизнь, основанная на мышьяке вместо фосфора, теоретически могла бы существовать на спутниках Юпитера или Сатурна.
Профессор Института планетарных и космических исследований из Великобритании Шаль Кокель в связи со сделанным открытием отмечает, что на ранних этапах развития жизни на Земле её атмосфера содержала значительно больше мышьяка, чем теперь. Таким образом, возможно, ранние формы земной жизни также были основаны на мышьяке, а не на фосфоре.
Другим перспективным направлением, для которого может оказаться полезным сделанное открытие, является разработка биологических систем для переработки энергии. Профессор Аризонского университета Джемс Элсер отметил, что организмы, использующие мышьяк вместо фосфора позволило бы сократить мировые расходы фосфорных минеральных удобрений.
Несмотря на заманчивость идеи существования организмов с нестандартным составом основных химических элементов, научное сообщество пока относится к результатам проведённых исследований с определённым скепсисом. Требуется проведение дополнительных экспериментов, которые подтвердили бы имеющиеся данные, а также детально объяснившие бы механизмы встраивания мышьяка в цепочки ДНК.
Источники
править- Felisa Wolfe-Simon1, Jodi Switzer Blum, Thomas R. Kulp, Gwyneth W. Gordon, Shelley E. Hoeft, Jennifer Pett-Ridge, John F. Stolz, Samuel M. Webb, Peter K. Weber, Paul C. W. Davies, Ariel D. Anbar and Ronald S. Oremland A Bacterium That Can Grow by Using Arsenic Instead of Phosphorus (Английский) // Science. — 2010.
- «Астробиологи нашли бактерии, способные изменить представление о живом». РИА Новости, 2 декабря 2010 года. (архив)
- «Бактерии «на мышьяке» могут лучше себя чувствовать на Титане». РИА Новости, 3 декабря 2010 года. (архив)
- Ольга Белоконева «В озере Моно живет бактерия – инопланетянка». Наука и жизнь. (архив)
- Елена Наймарк «Мышьяк вместо фосфора — это реально!». Элементы, 6 декабря 2010 года. (архив)