7000 лет спустя: Балтийское море возвращает к жизни организмы из глубин времени

Новаторский эксперимент позволил возродить микроскопические водоросли в Балтийском море после почти 7000 лет бездействия. Исследования открывают новые возможности понимания эволюции, адаптации и удивительной устойчивости жизни.

На дне Балтийского моря, на глубине 240 метров, находится не только ил. Во время научной экспедиции группа исследователей собрала отложения, которые таили в себе сюрприз: микроскопические  водоросли, которые находились в состоянии покоя почти 7000 лет, а затем, когда их снова подвергли воздействию света и кислорода,  они вернулись к жизни. То, что казалось научной фантастикой, стало успешным экспериментом, который поднимает новые вопросы о пределах жизни и способности некоторых организмов выживать с течением времени.

Исследование, опубликованное в  журнале ISME Journal, документирует, как микроводоросли вида  Skeletonema marinoi полностью восстановили свою биологическую активность. Они не только  проросли  после тысяч лет жизни в среде без света и кислорода, но и  росли, делились и фотосинтезировали  точно так же, как их нынешние потомки. Согласно статье,« средняя скорость роста составляла 0,31 деления клеток в день, что сопоставимо с показателями современных штаммов». 

Покой: малопонятная стратегия выживания

Многие виды микроорганизмов обладают способностью впадать в состояние покоя, чтобы выдерживать экстремальные условия. В этом состоянии  они минимизируют свою метаболическую активность  и формируют устойчивые структуры с укрепленными клеточными стенками и запасами энергии. Это явление известно как  покой и было зафиксировано у бактерий, грибов, ракообразных и даже семян растений.

Новизна балтийского открытия заключается в  масштабе времени: в то время как другие известные виды оставались в состоянии покоя в течение столетий или нескольких тысячелетий, в этом случае водоросли вернулись к жизни после  6871 ± 140 лет бездействия, согласно стратиграфическому анализу отложений. Как поясняется в оригинальной статье,« морская диатомовая водоросль Skeletonema marinoi восстановила свой рост под воздействием света и кислорода после периода покоя, длившегося почти 7000 лет ».

Эксперимент: со дна моря в лабораторию

Чтобы получить эти результаты, группа под руководством Сары Болиус из Института исследований Балтийского моря имени Лейбница извлекла керны осадочных пород с морского дна во время исследования 2021 года. Они использовали специальные инструменты для сбора нетронутого материала, который затем тщательно обрабатывали, чтобы избежать загрязнения. Из 12 проанализированных слоев осадка  в  9 из них удалось возродить активные штаммы  Skeletonema marinoi.

Ученые выращивали водоросли в контролируемых условиях с использованием фильтрованной балтийской воды, питательных веществ и циклов искусственного освещения. В некоторых случаях  водорослям требовалось до 16 месяцев, чтобы проявить видимую активность, но они это сделали. Чтобы подтвердить, что это были разные организмы и не было перекрестного заражения, был проведен подробный генетический анализ. Образцы« образовали отличительные генетические кластеры, что исключает загрязнение между слоями осадка».

Такая проверка имеет решающее значение, поскольку она гарантирует, что извлеченные организмы действительно принадлежат к различным историческим периодам и не являются современными вариантами, внедренными в ходе процесса.

Что эти водоросли говорят нам об эволюции?

Эксперимент не только проверяет жизнеспособность организмов на протяжении тысячелетий, но и позволяет  сравнивать генетические и физиологические признаки  с течением времени. Благодаря так называемой  экологии воскрешения исследователи могут изучать эволюционные изменения  живых организмов, а не только окаменелости или древнюю ДНК.

Одним из самых поразительных открытий исследования является то, что, несмотря на прошедшие тысячелетия, возрожденные водоросли демонстрируют  стабильные физиологические функции. Их темпы роста и выработки кислорода были очень похожи на показатели современных штаммов. Согласно статье,« максимальное производство кислорода хлорофиллом составило до 224 микромолей на миллиграмм в час, что сопоставимо с показателями современных организмов».

Это говорит о том, что некоторые основные функции оставались неизменными на протяжении тысяч лет, что ставит новые вопросы об  эволюционной стабильности  некоторых видов и их адаптации к окружающей среде.

Возможно ли возвращение древних организмов в экосистемы?

Один из вопросов, который возникает в ходе такого рода исследований, заключается в том, могут ли эти организмы теоретически  повторно заселить современную среду обитания,  если их случайно выпустить на волю. Хотя эксперимент проводился в лабораторных условиях, некоторые естественные события, такие как нарушения морского дна, вызванные течениями или деятельностью человека, могут вернуть эти формы жизни в экосистему.

Однако ученые предупреждают, что они вряд ли выживут вне тщательно контролируемых условий. Более того, как отмечается в исследовании, большинство спящих водорослей не прорастают легко. Только  10% обработанных образцов  дали жизнеспособные культуры, что свидетельствует о том, что, хотя спонтанное воскрешение в природе и возможно,  оно встречается редко и нечасто.

Биологическая капсула времени

Осадки Балтийского моря действуют как естественный архив, где  хранятся последовательные слои организмов и органических материалов, сохраняющиеся благодаря отсутствию кислорода. Это создает то, что ученые называют  водными « семенными банками », эквивалентными наземным хранилищам семян.

Эти слои позволяют нам изучать биологическое прошлое с необычайной степенью детализации. По словам исследовательской группы,« последовательные скопления спящих клеток представляют собой отдельные временные когорты, предоставляющие информацию об истории видов и их реакции на изменения окружающей среды».

Это позволяет исследовать, как виды  реагировали на климатические явления, изменения солености и кислорода или даже на деятельность человека. Это делает Балтийское море исключительной природной лабораторией для изучения долгосрочной эволюции.

Шаг к будущему биологии

Хотя еще многое предстоит узнать о клеточных механизмах, обеспечивающих такое долголетие, исследование открывает новые возможности для изучения  чрезвычайной устойчивости и эволюционной адаптации. Способность некоторых видов останавливать свой метаболизм, а затем возобновлять его тысячи лет спустя может найти применение не только в эволюционной биологии, но и в биотехнологии, астробиологии и охране природы.

В конечном итоге это исследование показывает, что  жизнь может существовать дольше, чем мы думаем, и что морские отложения могут скрывать не только историю, но и  спящую жизнь,  ожидающую подходящих условий для пробуждения.