Ледниковое озеро Лагуна Негра.

Обнаружение биомаркеров в ледниковых озерах на Земле может помочь астробиологам найти доказательства существования жизни в других мирах, а также разгадать свойства среды, в которой эта жизнь находилась (или находится).

Высоко в Андах, в Чили, неумолимое ультрафиолетовое (УФ) излучение пронизывает бедные питательными веществами воды двух озер — Лагуна Негра и Ло Энкасадо, питаемых быстро таящими ледниками. В этой враждебной и удаленной от людей среде ученые исследуют технологию обнаружения жизни, чтобы понять, можем ли мы использовать ее на других планетах.

Понимание условий в этих озерных систем поможет ученым интерпретировать биомаркеры в древних озерах как на Земле, так и на других планетах. Хотя сами организмы могут быть давно мертвы, их следы и история их смерти кодируются в биомолекулах, которые оседают на дне этих озер.

Последствия появления этих биомолекул простираются далеко за пределы этих озер: они могут помочь исследователям воссоздать эволюционную историю внеземной жизни. Выводы ученых были описаны в недавней статье в журнале Astrobiology.

«Когда микробы умирают, различные физико-химические факторы, такие как влажность, температура, кислород или наличие определенных металлов, влияют на деградацию или химическое изменение их структур и молекулярных компонентов», — говорит ведущий автор исследования Виктор Парро, ученый в Центре астробиологии в Мадриде, Испания.

Озера в кратерах

В Андах это исследование может рассказать нам о палеоклимате гор и о их быстро тающих ледниках. Но оно же могло бы распутать геохимические и атмосферные истории других миров, таких как Марс или один из спутников Сатурна (Титан, который имеет плотную атмосферу и большие залежи водяного льда — прим. перев.).

«Эти высокогорные озера в Андах интересны астробиологам, потому что они подвергаются воздействию высоких уровней ультрафиолетового излучения», — говорит Льюис Дартнелл, астробиолог из Вестминстерского университета в Лондоне, который не участвовал в исследовании. «Понимание того, как микробная жизнь в озере справляется с этими уровнями ультрафиолетового излучения, важно для поиска жизни за пределами Земли — например, на Марсе, где, как считается, когда-то были озера в кратерах, но также и очень высокие уровни УФ-излучения».


Модель озера в кратере Галле на Марсе, который изучает марсоход Curiosity.

Исследователи использовали чип-детектор жизни LDChip для охоты за этими фрагментами жизни. LDChip — это биосенсор, который включает до 450 антител, реагирующих на такие биологические материалы, как белки, сахара или ДНК, благодаря чему он может обнаружить присутствие жизни, древней или современной.

«LDChip не нуждается в наличии живых микроорганизмах, ему просто нужен биологический материал, будь он живой или мертвый, древний или не очень, свободный или являющийся частью крупных полимеров и даже органических минеральных частиц [которые являются побочными продуктами жизнедеятельности]», — говорит Парро. Биосенсору требуется от четырех до десяти аминокислот, чтобы идентифицировать белок или семейство белков, из которых появились эти аминокислоты.

«Тесты на жизнь»

LDChip является главным элементом испанского Signs of Life Detector (SOLID, детектор признаков наличия жизни) — инструмента, который собирает до двух граммов твердой породы, почвы или льда, которые затем могут быть исследованы на наличие биополимеров. Самое главное, что детектор может работать в полевых условиях, для него не нужны огромные лаборатории и множество ученых. 

Исследователи могут рассматривать земные экстремальные среды как аналоги отдаленных и суровых условий на других планетах, позволяющие им проверять свои теории и технологии на Земле. Астробиологи часто называют Лагуну Негру земным аналогом озер на Титане.

Понимание воды, ледников и льда является фундаментальной частью астробиологии. «Лед и ледники были и являются обычными условиями на других планетарных телах, таких как Марс, и они должны сыграть решающую роль в гидрогеологии этих планет, формировании и поведении древних озер, а также в развитии и эволюции потенциала марсианской микробиологии, если про нее вообще можно говорить», — говорит Парро.


Так выглядит снятие данных с детектора SOLID.

В своем исследовании группа Парро исследовала донные осадки озер. Они сообщили о наличии следов сульфат-восстанавливающих бактерий, метанобразующих археев и экзополимерных веществ (полимеров, таких как биопленки, секретируемые организмами), образованных гамма-протеобактериями.

Доказательства существования жизни

Дон Коуэн, профессор микробной экологии в Университете Претории, в Южной Африке, говорит, что присутствие следов этих бактерий неудивительно и это «именно то, что можно было бы ожидать в ледниковых донных отложениях».

На вопрос о том, являются ли эти находки значительными биомаркерами, Коуэн говорит, что «все полученные данные имеют важное значение в том смысле, что идентификация любого из этих биомаркеров в «астробиологическом» образце, например, с Марса, может быть окончательным доказательством наличия там жизни».

Библиотека биомаркеров — следующий шаг в исследовании Парро. «Нам нужны дальнейшие исследования и понимание того, какие биомаркеры можно ожидать найти в разных планетарных средах», — говорит он. Это включает в себя определение наиболее универсальных из них, выявление того, как они сохраняются и как они реагируют на радиацию и другие условия окружающей среды, а затем использование этой информации, чтобы оттачивать свои тесты на присутствие жизни.

В конечном счете исследователи надеются увидеть детектор SOLID в составе межпланетных миссий для проверки биомаркеров или для помощи астронавтам в обнаружении биологических опасностей. До тех пор исследователи планируют использовать его в максимальном количестве земных сред, в каких они только смогут, от экстремальных условий до лужаек под окнами, говорит Парро.