О том, что есть виды, способные выжить в горячих гейзерных водах, не было известно вплоть до 1960-х гг. В те годы Томас Брок, сотрудник университета штата Индианы, проводил исследования в Йеллоустонском национальном парке, а потом и в Исландии, как раз неподалеку от того места, где сейчас стоял я. Его заинтриговала странная окраска поверхности грунта вокруг гейзеров, где можно было наблюдать постепенный переход красок от желтого, красного и даже розового цвета к зеленому и пурпурному. Брок предположил, что это результат деятельности одноклеточных организмов[16]. Так оно и оказалось. В составе этих микробных сообществ были не только бактерии, но и археи. Археи — это совершенно особое царство живых организмов, не менее древнее и не менее уникальное, чем сами бактерии[17]. Кроме того, Брок обнаружил, что многие виды микробов, живущих в гейзерах, — «хемотрофы», то есть они способны превращать химическую энергию гейзера в биологическую. Хемотрофы производят органическое вещество из неорганического без всякой помощи солнечного света[18]. Судя по всему, такие микробы населяли Землю задолго до того, как в ходе эволюции возник фотосинтез. Их современные сообщества должны быть похожи на сообщества самых первых на планете микроорганизмов. Именно в них «стартовали» первые в истории биосферы биохимические процессы. И вот теперь я, греясь теплом от гейзера, мог наблюдать, как они растут, образуя вокруг него хрустящую корку.
Но археи — не единственные обитатели гейзера. В его горячих водах можно встретить цианобактерии, способные к фотосинтезу. Кроме них, Брок нашел бактерии, утилизирующие любое органическое вещество, которое можно обнаружить в кипящей воде, будь то клетки других бактерий или трупик мухи. На первый взгляд эти падальщики кажутся не очень интересными. В отличие от хемосинтезирующих микроорганизмов, которых изучал Брок, они не могут использовать химическую энергию и употребляют в пищу живых и мертвых представителей других видов. Но позже, проведя ряд исследований, Брок убедился, что они принадлежат не только к совершенно новому виду, но и к новому роду, который он назвал Thermus aquaticus. Thermus — понятно почему, а aquaticus — чтобы обозначить среду, в которой они обитают. Открыть новый вид, а тем более новый род птиц или млекопитающих — это настоящее и большое событие[19], а вот в науке о бактериях такие вещи довольно обыденны. Обнаружить новую разновидность микробов не очень сложно, и этот, еще один новый вид, Thermus aquaticus, на первый взгляд казался ничем не примечательным. Это грамотрицательный микроб, не образующий споры, его клетки по форме напоминают желтые палочки. Очень просто, очень тривиально. И все же было в нем кое-что еще.
Брок увидел Thermus aquaticus в лаборатории, только когда разогрел питательную среду для своих бактериальных культур до температуры чуть выше 70 ºC (122 градуса по Фаренгейту). Оказалось, что этот вид предпочитает еще более высокие температуры и способен выдержать разогрев среды до 80 ºC (176 градусов по Фаренгейту). Напомню, что точка кипения воды соответствует 100 ºС (в высокогорных условиях она несколько ниже). Культура, выращенная Броком в его лаборатории, оказалась самой термостойкой бактерией на Земле[20]. Позже он выяснил, что в принципе найти эту форму жизни не так уж трудно, просто никто до него не додумался выращивать бактериальные культуры при столь высоких температурах. Обычно пробы микробов из горячих источников содержались при температуре 55 ºC, но для успешного роста Thermus aquaticus это слишком прохладно. Новые исследования открыли целый мир бактерий и архей, которые могут расти только в очень горячей среде. Для таких микробов температуры, к которым мы привыкли в повседневной жизни, невыносимы. Слишком холодно!
16
Слово «гейзер» на исландском языке означает «горячий источник». Увлекательную автобиографию Брока можно прочитать в статье T. D. Brock, «The Road to Yellowstone — and Beyond»,
17
Археи, как и бактерии, возникли несколько миллиардов лет назад. Как и бактерии, археи — это одноклеточные организмы. И, подобно бактериям, в их клетке нет ядра. Впрочем, на этом сходство заканчивается. Клетки архей отличаются от бактериальных больше, чем наши клетки от клеток растений. Их открыли в самом начале ХХ в. Есть много видов архей, но чаще всего (хотя и необязательно) они встречаются в экстремальных местообитаниях. Они никогда не паразитируют на человеке и сравнительно медленно размножаются. Археям свойственно удивительное разнообразие метаболических способностей. Я люблю бактерии, нахожу их бесконечно удивительными и интересными. Но археи еще лучше; эти организмы, столь же древние, как сама жизнь, никогда не приносят вреда и отвечают за протекание важнейших экологических процессов. Они до сих пор плохо изучены, хотя, как мы недавно выяснили, их можно встретить в повседневной жизни, например в человеческом пупке. Левенгук не заметил их, что доказывает, что мы превзошли его в центропупизме. J. Hulcr, A. M. Latimer, J. B. Henley, N. R. Rountree, N. Fierer, A. Lucky, M. D. Lowman, and R. R. Dunn, «A Jungle in There: Bacteria in Belly Buttons Are Highly Diverse, but Predictable»,
18
Хемолитотрофы, поедатели химических веществ, — это организмы, получающие энергию путем окисления неорганических соединений.
19
Каждый вид, от бактерии до обезьяны, носит имя, состоящее из родового и видового названия. Род — это группа высшего порядка, к которой принадлежит данный вид. Мы, люди, относимся к виду
20
Когда Брок вырастил в лаборатории колонию