Бактерии "на мышьяке" могут лучше себя чувствовать на Титане

3 декабря 2010 года

Обнаруженные учеными бактерии, в составе которых роль фосфора играет мышьяк, могут неплохо чувствовать себя на холодных окраинах Солнечной системы, например, на спутниках Сатурна или Юпитера, считает почетный член Фонда прикладной молекулярной эволюции (США), финансирующего работы в области биохимии Стивен Беннер (Steven Benner).

В четверг в журнале Science была опубликована статья, авторы которой сообщили, что им удалось обнаружить в соленом озере в Калифорнии бактерии, способные вместо фосфора - одного из шести ключевых составляющих живых организмов - использовать мышьяк. Фелиса Вольф-Саймон (Felisa Wolfe-Simon) из астробиологического подразделения НАСА и ее коллеги показали, что у этих бактерий мышьяк заменяет фосфор даже в молекулах ДНК.

Комментируя эти результаты, Беннер отметил, что мышьяк по своим химическим свойствам во многом схож с фосфором, однако встраиваясь в структуру ДНК и РНК, он оказывается "слабым звеном". Образуемые им химические связи легко разрываются за счет повышенной реакционной способности атома мышьяка.

"В то же самое время повышенная и реакционная способность мышьяка, негативно влияющая на стабильность биологических молекул при комнатной температуре, может оказаться полезной в том случае, если биологическая молекула должна выполнять свои функции при низких температурах, таких например как на спутнике Сатурна Титане", - сказал Беннер, выступая на пресс-конференции в штаб-квартире НАСА.

Все известные до сих пор жизненные формы на Земле образованы из шести главных элементов - углерода, водорода, азота, кислорода, фосфора и серы. Фосфор в частности образует нити, на которых "смонтированы" молекулы ДНК и РНК, несущие генетические "инструкции". Фосфор является главным элементом биологического топлива - аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), а также фосфолипидов, из которых построены клеточные мембраны.

Вольф-Саймон и ее коллеги обнаружили в донных отложениях соленого озера Моно на севере Калифорнии бактерию из семейства Halomonadaceae, живущую в условиях дефицита фосфора и высокой концентрации мышьяка. В лаборатории, путем постепенного увеличения содержания мышьяка в питательной среде, ученым удалось добиться того, что эти бактерии, получившие обозначение GFAJ-1, полностью заменили в своем организме фосфор на мышьяк. При этом все биологические процессы у них протекали совершенно нормально.

"Идея альтернативной биохимии для жизни является общим местом в научной фантастике. До сих пор жизненные формы, использующие мышьяк в качестве строительного материала были только теоретической конструкцией, однако теперь мы знаем, что такие формы жизни существуют", - отметил, комментируя исследование, Карл Пилчер (Carl Pilcher) директор Института астробиологии НАСА.

Как отметила астробиолог NASA Памэла Конрад (Pamela Conrad), это открытие заставит ученых в будущем вести поиск внеземных форм жизни гораздо шире, чем можно было представить.

Профессор Аризонского университета Джемс Элсер (James Elser) в ходе пресс-конференции отметил, что открытие группы Вольф-Саймон может иметь и прикладное значение. Например подобные организмы могут быть использованы для производства энергии с помощью биологических систем.

"Организмы или растения, которые могут быть использованы для этих целей и имеющие мышьяк в структуре своих биологических молекул вместо фосфора, не будут нуждаться в фосфорных удобрениях или других типах источников фосфора для своей жизнедеятельности. Это позволит обойти проблему сокращения запасов фосфорных минералов во всем мире, интенсивно разрабатываемых с целью получения фосфорных удобрений", - сказал Элсер.

Как отметил Беннер, пока что научное сообщество достаточно справедливо относится со скепсисом к открытию Вольф-Саймон, так как оно противоречит экспериментальному опыту и знаниям химиков. Оно нуждается в дополнительных экспериментах показывающих детальные химические механизмы встраивания мышьяка в структуру ДНК, степень замещения и другие параметры.