Научная конференция ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ, ноябрь 2011 года
СЕКЦИЯ ГЕОЛОГИЯ

Существование реликтовых биологических объектов, имеющих необычно большую продолжительность жизни, было и остается предметом оживленных научных и околонаучных споров. В последнее время такая дискуссия приобрела особую остроту в связи с возможностью секвенирования генома и генетических манипуляций с остатками древней ДНК, как, например, исследование ДНК из образцов волос первобытного человека, жившего предположительно 4 тыс. лет назад в Якутии, или секвенирование генома в остатках цианобактерий, найденных в кристаллах известняка возрастом около 6 млн лет. Изучение образцов разных мерзлых горных пород Северо-Восточной Сибири и Аляски, сформировавшихся в интервале от 20 тыс. до 3 млн лет назад, позволило выделить десятки видов микроорганизмов, способных выживать в вечной мерзлоте. Как и следовало ожидать, такие микроорганизмы, оказались, преимущественно, олиготрофными, то есть отличались низким уровнем метаболизма и способностью выживать в средах с крайне низким уровнем питательных веществ. Стремительно растет число видов и география изучения этих микроорганизмов. В последние годы увеличивается интерес к вечномерзлым экосистемам в связи с потеплением климата и возможным выбросом из оттаявших пород больших количеств разных газов, прежде всего метана и СО₂. Особый интерес представляет вопрос о механизме, который обеспечивают феноменальную долговечность этих микроорганизмов.

С одной стороны, стремительно растет число публикаций, авторы которых утверждают, что им удалось выделить культуры новых видов реликтовых организмов или ДНК. Причем такие работы выходят из весьма авторитетных учреждений. К сожалению, они часто недостаточно обоснованы, как, например, утверждение о том, что из солевых кристаллов горных пород выделена бактерия возрастом 250 млн лет. При этом подчеркивалось, что применялись самые жесткие меры для обеспечения стерильности образцов (вероятность загрязнения менее 10^-9). В другой работе такого плана показано, что с помощью сочетания лазерной техники, плазменной масс-спектрометрии и ПЦР удалось обнаружить ампликоны бактериальной 16S рибосомальной ДНК возрастом до 425 миллионов лет. Естественно, трудно воспринять идею о возможности существования живых систем или даже ДНК в течение столь больших сроков. Известно, что ДНК без активной репарации должна иметь гораздо более скромные сроки сохранения функциональной целостности вследствие разнообразных спонтанных (химических) и ферментативных нарушений, прежде всего тепловой, гидролитической и окислительной природы. Реликтовые микроорганизмы, которые сохранили жизнеспособность в течение сотен тысяч и, возможно, миллионов лет, часто обнаруживают в местах, где репликация ДНК и тем более деление клетки кажутся невозможными, а именно - в кристаллах соли, извлеченных из горных пород, янтаре и в вечномерзлых породах или льдах.

Среди таких систем вечномерзлые породы выделяются особо, и не только из-за своей широкой распространенности. В России, например, как известно, около 65 % территории занято вечной мерзлотой. Вечномерзлые породы являются уникальной экосистемой, обеспечивающей изолированность и сохранность реликтовых микроорганизмов при сравнительно умеренных и стабильных отрицательных температурах (часто около -2...-5 °С). Более того, в таких условиях не исключены репарация и репликация ДНК и даже деление и рост, по крайней мере, некоторых видов микроорганизмов. Так, сравнительная оценка организмов, обитающих в обычных породах, вечной мерзлоте и массивных ледяных образованиях высоких широт канадского сегмента Арктики, показала, что вечномерзлые породы отличаются большим разнообразием видов, которые сохраняют микробную активность при температуре до -15 °С. Примерно половина изолятов, выделенных из вечномерзлых пород Сибири, поддерживала определенный уровень метаболизма при температуре -10 °С, но без признаков роста. Обзор стремительно растущих исследований не оставляет сомнений в уникальности экологии и защитных возможностей микроорганизмов из мерзлых пород.

Литература:
1. Брушков А. В., Мельников В. П., Суховей Ю. Г. и др. Реликтовые микроорганизмы криолитозоны как возможные объекты геронтологии // Успехи геронтол. 2009. Т. 22. С. 253-258.
2. Assefa Z., Van Laethem A., Garmyn M., Agostinis P. Ultraviolet radiation-induced apoptosis in keratinocytes: on the role of cytosolic factors // Biochim. Biophys. Acta. 2005. Vol. 1755. P. 90-106.
3. Bakermans C., Tsapin A. I., Souza-Egipsy V. et al. Reproduction and metabolism at -10 degrees C of bacteria isolated from Siberian permafrost // Environm. Microbiol. 2003. Vol. 5. P. 321-326.
4. Cano R. J., Borucki M. K. Revival and identification of bacterial spores in 25- to 40-million-year-old Dominican amber // Science. 1995. Vol. 268(5213). P. 1060-1064.
5. Cano R. J., Poinar H. N., Pieniazek N. J. et al. Amplification and sequencing of DNA from a 120-135-million-year-old weevil // Nature. 1993. Vol. 363(6429). P. 536-538.
6. Fish S. A., Shepherd T. J., McGenity T. J., Grant W. D. Recovery of 16S ribosomal RNA gene fragments from ancient halite // Nature. 2002. Vol. 417. P. 432-436.
7. Johnson S. S., Hebsgaard M. B., Christensen T. R. et al. Ancient bacteria show evidence of DNA repair // Proc. natl. Acad. Sci. USA. 2007. Vol. 104. P. 14401-14405.
8. Katayama T., Tanaka M., Moriizumi J. et al. Phylogenic analysis of bacteria preserved in a permafrost ice wage for 25000 years // Appl. Environm. Micriobiol. 2007. Vol. 73. N 7 P. 2360-2363.
9. Lindahl T. Instability and decay of the primary structure of DNA // Nature. 1993. Vol. 362(6422). P. 709-715.
10. Poinar H. N., Höss M., Bada J. L., Pääbo S. Amino acid racemization and the preservation of ancient DNA // Science. 1996. Vol. 272(5263). P. 864-866.
11. Price P. B. Microbial genesis, life and death in glacial ice // Canad. J. Microbiol. 2009. Vol. 55(1). P. 1-11.
12. Steven B., Pollard W. H., Greer C. W., Whyte L. G. Microbial diversity and activity through a permafrost/ground ice core profile from the Canadian high Arctic // Environm. Microbiol. 2008. Vol. 10(12). P. 3388-3403.