Как магнитные бактерии могут открыть нам глаза на древнюю жизнь в космосе

Магнитотактические бактерии — это удивительные микроорганизмы, которые способны ориентироваться по магнитному полю Земли с помощью специальных органелл — магнетосом. Магнетосомы — это внутриклеточные структуры, содержащие магнитные кристаллы, обычно магнетита или грейгита. Благодаря этим кристаллам, бактерии могут двигаться вдоль магнитных линий и находить оптимальные условия для своего существования в водных средах. Магнитотактические бактерии были открыты в 1975 году и с тех пор привлекают внимание ученых разных областей, в том числе астробиологов.

Астробиология — это наука, изучающая возможность жизни за пределами Земли и ее происхождение, эволюцию и распространение во Вселенной. Одним из основных объектов интереса астробиологов является Марс — ближайшая к Земле планета, которая имеет много общего с нашим домом. Например, Марс имеет атмосферу, хотя и очень разреженную, а также полярные шапки изо льда и сухие русла рек. Кроме того, Марс имел в прошлом глобальное магнитное поле, которое защищало планету от космического излучения и способствовало сохранению воды на поверхности. Однако около 4 миллиардов лет назад магнитное поле Марса исчезло, и с тех пор планета стала холодной и засушливой.

Но что, если на Марсе когда-то была жизнь? И что, если эта жизнь была похожа на магнитотактические бактерии? В 1996 году группа ученых заявила, что нашла доказательства древней микробной жизни на Марсе в виде нанокристаллов магнетита в метеорите ALH84001. Этот метеорит был обнаружен в Антарктиде в 1984 году и представляет собой кусок коры Марса, который был вырван от планеты ударом другого небесного тела около 16 миллионов лет назад. Ученые сравнили магнетит из метеорита с магнетитом из земных магнитотактических бактерий и обнаружили, что они имеют очень похожие химические и физические свойства. Это заставило их предположить, что на Марсе также существовали бактерии, способные формировать магнетосомы.

Однако эта гипотеза вызвала много споров и критики. Многие ученые указывали на то, что нанокристаллы магнетита могут образовываться и абиотическими (не связанными с жизнью) процессами, такими как термическое разложение или окисление минералов. Кроме того, было предложено несколько альтернативных сценариев происхождения магнетита в метеорите, например, его заражение земными бактериями во время пребывания в Антарктиде или его образование в результате удара, который вырвал метеорит от Марса. Таким образом, доказательства марсианской жизни на основе магнетита оказались недостаточно убедительными и не получили широкого признания.

Однако в последнее время интерес к магнитотактическим бактериям в астробиологии возрождается. Причиной этому является резкий рост наших знаний об экстремальных условиях, в которых могут жить эти бактерии, и их филогенетическом наследии. В последние десятилетия были обнаружены магнитотактические бактерии, способные выживать в очень соленых, кислых или щелочных, холодных или горячих средах. Кроме того, некоторые популяции этих бактерий могут устойчиво противостоять облучению, обезмагничиванию, микрогравитации, металлическому стрессу и способны использовать простые неорганические соединения, такие как сульфаты и нитраты. Более того, магнитотактические бактерии, вероятно, появились достаточно рано в истории Земли, совпадая с периодом, когда на поверхности Марса была жидкая вода и сильное магнитное поле. Магнитотактические бактерии часто встречаются в субоксических или оксик-аноксических интерфейсах в акватических средах или осадках, похожих на древние кратерные озера на Марсе, такие как Гейл и Джезеро. Все это позволяет предположить, что Марс мог бы быть пригодным для жизни магнитотактических бактерий или их аналогов в прошлом.

Конечно, это не значит, что мы можем быть уверены в существовании марсианской жизни на основе одних только магнетосом. Нам нужны более надежные и разнообразные биосигнатуры — признаки жизни или ее следов в окружающей среде. В статье, опубликованной в журнале The ISME Journal, авторы перечисляют несколько типичных биосигнатур, которые могут быть применены для обнаружения древних земных магнитотактических бактерий и потенциальной экстраземной жизни, похожей на них. К таким биосигнатурам относятся:

• Морфологические биосигнатуры — форма и размер кристаллов магнетита или грейгита, которые могут быть характерными для биологического происхождения. Например, кристаллы магнетита, образованные бактериями, обычно имеют кубическую или октаэдрическую форму и размер от 35 до 120 нм. Кроме того, кристаллы могут быть организованы в цепочки или другие структуры, которые отражают внутриклеточное расположение магнетосом.
• Химические биосигнатуры — соотношение и состав элементов и изотопов в кристаллах магнетита или грейгита, которые могут указывать на биологический контроль над их формированием. Например, биологический магнетит обычно содержит меньше примесей, таких как алюминий, кремний или титан, чем абиологический. Кроме того, биологический магнетит может иметь отличное соотношение изотопов железа от абиологического.
• Минералогические биосигнатуры — тип и распределение минералов в окружающей среде, которые могут свидетельствовать о наличии или отсутствии жизни. Например, наличие грейгита может указывать на сульфидное окисление, которое может быть связано с деятельностью сульфат-редуцирующих бактерий. Кроме того, наличие карбонатов может указывать на участие карбонат-образующих бактерий.
• Органические биосигнатуры — наличие или отсутствие органических соединений, которые могут быть продуктами или субстратами жизни. Например, наличие липидов может указывать на присутствие клеточных мембран. Кроме того, наличие определенных аминокислот или нуклеотидов может указывать на присутствие ДНК или РНК.

В заключение можно сказать, что магнитотактические бактерии представляют большой интерес для астробиологии, так как они могут служить моделью для потенциальной экстраземной жизни, способной адаптироваться к экстремальным условиям и оставлять уникальные следы своего существования. Однако для подтверждения или опровержения гипотезы о жизни на Марсе нужны дополнительные исследования и эксперименты, которые могут быть проведены с помощью зондов, роверов или образцов почвы. Только так мы сможем узнать правду о прошлом и настоящем красной планеты.