Однако работа доктора. Скотт Роджерс, профессор биологических наук Государственного университета Боулинг-Грин, и его коллеги обнаружили удивительное разнообразие форм жизни, живущих и размножающихся в этой самой экстремальной среде.
В документе, опубликованном 26 июня в PLOS ONE (Публичная научная библиотека), подробно описаны тысячи видов, которые они идентифицировали с помощью секвенирования ДНК и РНК.
"Границы того, что пригодно для жизни, а что нет, меняются", — сказал Роджерс.
Это четвертая статья, опубликованная группой о исследованиях озера Восток. В команду входил доктор.
Пол Моррис, биолог, который вместе со Скоттом и докторантом Юрием Штаркманом провели большую часть генетических анализов; бывшая аспирантка Зейнеп Кочер, сейчас работает в отделении инфекционных болезней отделения вирусологии в больнице Св. Исследовательская больница Джуда в Мемфисе выполняла большую часть лабораторных работ; Рам Веерапанени, сейчас в BGSU Firelands, Том Д’Элия, теперь в Государственном колледже Индиан-Ривер во Флориде, и студентка Робин Эдгар, информатика.
Их работа была поддержана несколькими грантами, в том числе двумя из Национального научного фонда, одним из США.S. Кафедрой сельского хозяйства и научно-исследовательского комитета факультета БГГУ.
Вместе сумма, выделенная на проект, составила более 250 000 долларов.
Думая об озере Восток, нужно думать масштабно. Четвертое по глубине озеро на Земле, а также самое большое из 400-м подледных озер, известных в Антарктиде.
Лед, который покрывал его последние 15 миллионов лет, теперь имеет глубину более двух миль, создавая огромное давление в озере. Доступно мало питательных веществ. Озеро находится намного ниже уровня моря во впадине, которая образовалась 60 миллионов лет назад, когда континентальные плиты сдвинулись и потрескались.
Погода там настолько суровая и непредсказуемая, что приезжающие ученые должны иметь специальное снаряжение и проходить обучение выживанию.
Большинство ученых не только считали озеро Восток совершенно негостеприимным для жизни, но и считали его даже бесплодным.
Это далеко не так, как обнаружил Роджерс. Работая с керном, удаленным из глубокого слоя льда, образовавшегося из озерной воды, которая замерзла на дне ледника, где он встречается с озером, Роджерс исследовал лед, чистый, как алмазы, который образовался при большом давлении и относительно высоких температурах. глубина. Команда отобрала образцы керна в двух районах озера: в южном главном бассейне и возле набережной на юго-западной оконечности озера.
«Мы обнаружили гораздо большую сложность, чем кто-либо думал», — сказал Роджерс. «Это действительно показывает живучесть жизни и то, как организмы могут выжить в местах, где пару десятков лет назад мы думали, что ничто не сможет выжить."
Посредством секвенирования ДНК и РНК из образцов нарастающего льда команда определила тысячи бактерий, в том числе некоторые из них, которые обычно встречаются в пищеварительной системе рыб, ракообразных и кольчатых червей, а также грибов и двух видов архей или отдельных бактерий. клеточные организмы, которые, как правило, живут в экстремальных условиях.
Другие идентифицированные ими виды связаны с местообитаниями озерных или океанских отложений. Были обнаружены психрофилы, или организмы, живущие в условиях сильного холода, а также теплолюбивые термофилы, что предполагает наличие гидротермальных жерл глубоко в озере. Роджерс сказал, что присутствие морских и пресноводных видов поддерживает гипотезу о том, что озеро когда-то было связано с океаном, и что пресная вода была отложена в озере из-за преобладающего ледника.
Наибольшее количество видов в целом было обнаружено в районе возле залива, в том числе многие виды, которые являются обычными для пресноводных сред, а также морские виды, психрофилы и термофилы. Было обнаружено множество других, которые остаются неопознанными. Залив, кажется, содержит большую часть биологической активности в озере.
«Многие из секвенированных нами видов — это то, что мы ожидаем найти в озере», — сказал Роджерс. "Большинство организмов, по-видимому, являются водными (пресноводными), и многие из них являются видами, которые обычно живут в океанических или озерных отложениях."
Штаркману, приехавшему в БГСУ из Санкт-Петербурга. Санкт-Петербург, Россия, проект оказался настолько увлекательным, что он предвидит, что его изучение будет продолжаться всю жизнь. «Это очень сложный проект, и чем больше вы учитесь, тем больше хотите знать», — сказал он. "Каждый день вы открываете для себя что-то новое, и это приводит к большему количеству вопросов, на которые нужно ответить.
При изучении ДНК и РНК окружающей среды мы спрашиваем, насколько эти последовательности похожи на последовательности организмов, уже идентифицированных в национальных базах данных. Мы отслеживаем эволюцию и экологию самого озера.
До 35 миллионов лет назад Антарктида имела умеренный климат и была населена разнообразным сообществом растений и животных. По словам Роджерса, около 34 миллионов лет назад «произошло сильное падение температуры», и лед покрыл озеро, когда оно, вероятно, еще было связано с Южным океаном. Это понизило уровень моря примерно на 300 футов, что могло отрезать озеро Восток от океана. Ледяной покров был периодическим, пока 14 миллионов лет назад не произошло второе резкое падение температуры, а уровень моря упал еще больше.
Когда лед пополз по озеру, он погрузил озеро в полную темноту и изолировал его от атмосферы, что привело к увеличению давления в озере из-за веса ледника. Хотя многие виды, вероятно, исчезли из озера, многие, похоже, выжили, как показывают результаты Роджерса.
Группа Роджерса несколько лет работала над идентификацией и изучением организмов в аккреционном льду Востока, используя процедуру, включающую культивирование колоний бактерий и грибов, но процесс был медленным, особенно для аспирантов, которым требовались результаты для своих диссертаций.
"Мы начали думать о том, чтобы сделать это по-другому", — сказал Роджерс.
Вместо культивирования живых организмов они сосредоточились на секвенировании ДНК и РНК во льду. Эти методы, называемые метагеномикой и метатранскриптомикой, производили одновременно тысячи последовательностей, которые затем анализировались с помощью компьютеров — процедуры, вместе называемые методами «больших данных».
Напротив, на создание достаточного количества культивируемых организмов для нескольких десятков последовательностей обычно уходили годы.
По словам Роджерса, проблема изменилась: не было слишком мало последовательностей, а стало слишком много последовательностей для анализа.
После двух лет компьютерного анализа окончательные результаты показали, что в озере Восток обитает разнообразный набор микробов, а также некоторые многоклеточные организмы.
Задолго до того, как он начал использовать метагеномику и метатранскриптомику для изучения льда, Роджерс и его команда разработали метод обеспечения чистоты.
Кусочки льда погружали в раствор гипохлорита натрия (отбеливатель), затем трижды промывали стерильной водой, удаляя внешний слой. Затем в строгих стерильных условиях оставшийся лед растопили, профильтровали и повторно заморозили.
«Используя этот метод, мы можем гарантировать его надежность почти на 100 процентов», — сказал Роджерс.
В конце концов, процесс сделал гранулы нуклеиновых кислот, содержащих как ДНК, так и РНК, пригодными для секвенирования.
Роджерс сказал, что команда сильно консервативно допустила ошибку, сообщая о своих результатах, включая только те последовательности, в которых можно быть абсолютно уверенно, но есть множество других, которые, по его мнению, вероятно, были из озера, открывая дверь. на дополнительное расследование.
Полученные ими последовательности ДНК были депонированы в базе данных Национального центра биотехнологии GenBank и будут доступны другим исследователям для дальнейшего изучения.