Космические лучи и агрессивная среда не убивают микроорганизмы, у них даже сохраняется активный метаболизм, который «лечит» мутации. Поэтому возникает гипотеза об обратной панспермии – земные микроорганизмы могут «завоёвывать» космическое пространство и стать началом жизни на других планетах. С другой стороны, ранняя жизнь на Земле функционировала в условиях, настолько отличающихся от современных, что могла казаться почти инопланетной, изучение этих систем помогает нам понять не только то, где может существовать жизнь, но и то, какой она может быть.
Эксперименты подтвердили, что снаружи МКС есть живые организмы, ДНК которых не меняется несмотря на жёсткие условия, включая космическую радиацию, рассказали РИА Новости в «Центральном научно-исследовательском институте машиностроения» (АО ЦНИИмаш), который является головным научно-исследовательским институтом Госкорпорации «Роскосмос.
При этом среди находок – представители типичных наземных и морских бактерий, включая обитателей Баренцева моря и почвы Мадагаскара. Это указывает на наличие «восходящего транспорта» бактериальной ДНК из тропосферы в ионосферу: живые организмы на высоте 400 км – неслучайные обитатели.
Космические лучи и агрессивная среда не убивают микроорганизмы, у них даже сохраняется активный метаболизм, который «лечит» мутации, рассказали учёные. Поэтому возникает гипотеза об обратной панспермии – земные микроорганизмы могут «завоёвывать» космическое пространство и стать началом жизни на других планетах.
Прошлое
При поддержке НАСА ученые восстановили фермент, впервые использованный организмами на Земле 3,2 миллиарда лет назад, и в процессе подтвердили наличие химической биосигнатуры в горных породах, которая используется для изучения древней жизни на Земле. Исследование дает новое понимание того, какой была биосфера Земли на ранних этапах истории нашей планеты, и подтверждает надежную биосигнатуру, которую могут использовать роботизированные или пилотируемые исследователи для поиска признаков древней жизни на других планетах.
Исследование , опубликованное в журнале Nature Communications 22 января 2026 года, посвящено типу метаболизма, называемому фиксацией азота, или диазотрофией. Этот процесс преобразует биологически непригодный для использования азот в атмосфере Земли в молекулы, которые все живые организмы используют для выживания.
Смотрите также... |
На Земле существует избранная группа организмов, называемых диазотрофами, способных осуществлять фиксацию азота. Эта группа представляет собой пеструю компанию бактерий (а также нескольких архей и эукариот), которые встречаются на разных ветвях древа жизни. Некоторые диазотрофы являются свободноживущими организмами, которые фиксируют азот в процессе своей повседневной жизни. Другие являются симбиотическими и выживают в партнерстве с другими организмами, обитая в таких местах, как корни растений, лишайники, грибы и даже кишечник термитов и древоточцев.
Изотопы — это различные формы одного и того же элемента. Каждая форма имеет одинаковое число протонов в ядре, но разное число нейтронов. Азот в атмосфере встречается преимущественно в виде азота-14 (7 нейтронов и 99,6337% атмосферного азота) и азота-15 (8 нейтронов и всего 0,3663% атмосферного азота). Биологические процессы, такие как фиксация азота, используют в основном азот-14. NASA/Аарон Гронстал
Что объединяет эту разнообразную группу организмов, так это наличие у всех них фермента, называемого нитрогеназой. Этот фермент даёт им возможность преобразовывать газообразный азот из атмосферы в соединения, необходимые для построения некоторых из важнейших молекул жизни, таких как белки и ДНК. В частности, они превращают двуатомный азот (N₂) в биологически полезные формы азота, такие как аммиак (NH₃), тем самым позволяя азоту попадать в пищевую цепь.
Таким образом, каждый организм во всей биосфере Земли зависит от диазотрофов, которые обеспечивают нас всем необходимым для выживания азотом.
Поскольку фиксация азота имеет решающее значение для жизни в том виде, в каком мы ее знаем, ученые считают, что нитрогеназа должна была возникнуть на ранних этапах истории жизни, в то время, когда существовали только одноклеточные микроорганизмы.
«Ранняя жизнь на Земле функционировала в условиях, настолько отличающихся от современных, что могла казаться почти инопланетной», — говорит Бетюль Качар, руководитель лаборатории Качар в Университете Висконсина в Мэдисоне. При поддержке НАСА Качар и ее команда работают над пониманием истории жизни в планетарном масштабе и потенциала жизни во Вселенной, восстанавливая вымершие биохимические процессы, использовавшиеся древними организмами. «Изучение этих систем помогает нам понять не только то, где может существовать жизнь, но и то, какой она может быть».
Подробности о ранней жизни на Земле остаются неясными, поскольку окаменелости, оставленные микроорганизмами в геологической летописи, могут быть неоднозначными или трудно поддающимися идентификации. Однако, когда азот из атмосферы фиксируется, он слегка изменяется таким образом, что ученые могут это распознать. Изотопный состав атомов азота внутри диазотрофа изменяется. Со временем, по мере гибели микроорганизмов, этот измененный азот включается в горные породы. Осадки откладываются, захороняются, сжимаются, изнашиваются и перемешиваются на протяжении веков Земли. И все же, даже спустя миллиарды лет, ученые все еще могут идентифицировать изотопный состав азота, оставленный древними диазотрофами в геологической летописи.
Предсказанные трехмерные структуры древнего комплекса нитрогеназы DDKK от древнейших до современных форм. Университет Висконсин-Мэдисон/Холли Ракер
Изучая изотопный состав азота, ученые могут таким образом определить, когда впервые появились ферменты нитрогеназы.
В прошлом поднимались вопросы о точности использования изотопов азота в качестве биосигнатуры. Подобно самой жизни, ферменты эволюционируют с течением времени. По мере изменения условий окружающей среды на Земле ферменты изменяются на молекулярном уровне. Первоначальная нитрогеназа, вероятно, была меньше и менее сложной, чем та версия, которую мы видим в современных организмах. Это означает, что изотопные сигнатуры азота, оставленные древними ферментами нитрогеназы, могут отличаться от тех, которые мы видим сегодня.
Чтобы решить вопрос о том, можно ли действительно использовать изотопы азота в качестве надежного биомаркера, команда применила методы синтетической биологии для воссоздания возможных древних версий фермента. Они провели обратное проектирование современной нитрогеназы, постепенно удаляя слои эволюции, чтобы выявить более простые версии фермента, которые могли существовать давным-давно.
Затем было проведено исследование поведения более старых версий фермента при их введении в живые микроорганизмы. Было обнаружено, что изотопный состав азота оставался неизменным на протяжении миллиардов лет. Результаты доказывают, что изотопные характеристики фиксации азота в древнейших породах Земли действительно отражают активность ранней жизни.
«Если заглянуть в прошлое, то мы увидим, что последовательности ДНК этих древних нитрогеназ сильно отличаются от современных нитрогеназ», — сказала Холли Ракер, аспирантка лаборатории Касара и ведущий автор статьи. «Мы также видим, что структура фермента меняется с возрастом. Тем не менее, мы обнаружили, что, несмотря на эти различия в последовательности и структуре, эти древние ферменты по-прежнему выполняют те же химические реакции, что и их современные потомки».
Созданная командой коллекция синтетических генов также представляет собой различные версии нитрогеназы, существовавшие на протяжении двух миллиардов лет эволюционной истории. Это помогло восполнить пробелы в знаниях о том, как нитрогеназа менялась с течением времени и какими были древние азотфиксирующие организмы.
Холли Ракер исследует чашку Петри в лаборатории Университета Висконсина в Мэдисоне. Университет Висконсин-Мэдисон/Холли Ракер
«Это исследование показывает, насколько устойчива нитрогеназа (и связанная с ней изотопная сигнатура азота) к изменениям как на уровне последовательности фермента, так и на уровне планетарной среды», — объясняет Ракер. «Тот факт, что предковые нитрогеназы производят один и тот же изотопный профиль на протяжении миллиардов лет молекулярных изменений и в условиях резких изменений окружающей среды Земли, действительно подчеркивает потенциал изотопов азота как биосигнатуры. Еще один ключевой аспект этой работы заключается в том, что она обеспечивает дополнительное подтверждение нашей интерпретации самых древних сигнатур нитрогеназы в геологической летописи Земли, что важно для понимания времени возникновения критически важных метаболических процессов, таких как фиксация азота, на Земле».
Поскольку фиксация азота является важной частью биологии на Земле, это исследование может также дать ключ к разгадке тайны жизни за пределами нашей планеты.
Смотрите также... Немного о кошках: история одомашнивания и интересные факты о поведении домашних питомцев |
«Если мы хотим увидеть жизнь за пределами Земли, мы не можем ограничиваться жизнью в том виде, в каком мы её знаем сегодня», — сказал Качар.
Теперь, когда ученые подтвердили возможность использования изотопов азота в качестве биосигнатуры древней жизни на Земле, тот же метод потенциально может быть применен и к другим каменистым мирам.
«Подтвержденные биосигнатуры, такие как изотопы азота, предоставляют нам мощный инструмент для исследования планет и доступа к утраченной биологической истории», — сказал Качар. «Если подобные сигналы будут обнаружены на Марсе или других каменистых мирах, они могут указывать на древние метаболизмы, которые когда-то поддерживали жизнь в совершенно иных условиях. Изучение этих систем помогает нам понять не только то, где может существовать жизнь, но и то, какой она может быть».
Будущее
А как насчет перемещания генома человека? Наш геном – это вся ДНК, присутствующая в наших клетках. С 2011 года появилась возможность легко и точно редактировать геномы. Сначала появился молекулярный инструмент Crispr-Cas9, который использовался в том числе и на Международной космической станции. Затем появились методы редактирования оснований и праймов, с помощью которых можно вносить мельчайшие изменения в геном любого живого организма.
Потенциальные возможности генного редактирования для обеспечения дальних путешествий практически безграничны. Одна из самых серьёзных опасностей, с которой астронавты столкнутся в дальнем космосе, — это повышенная доза радиации, которая может нарушить многие процессы в организме и увеличить долгосрочный риск развития рака.
Возможно, с помощью редактирования генома ученые могли бы внедрить в организм человека гены растений и бактерий, способные нейтрализовать радиацию в случае разливов радиоактивных отходов и выпадения радиоактивных осадков. Это звучит как научная фантастика, но выдающиеся мыслители считают, что это ключ к нашему продвижению по Солнечной системе.
Изображение тихоходки под микроскопом. СТИВ ГШМАЙССНЕР/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Getty Images
Выявление и последующее внедрение в организм человека генов, замедляющих старение и препятствующих разрушению клеток, также может помочь. Также есть возможность разработать сельскохозяйственные культуры, устойчивые к воздействию радиоактивности, поскольку экипажам придётся выращивать собственную пищу; персонализировать лекарства, соответствующие потребностям астронавта, учитывая его генетические особенности.
Тихоходки — микроскопические животные, которых иногда называют «водяными медведями». Эксперименты показали, что эти крошечные существа способны переносить экстремальные температуры, давление, высокую радиацию и голод. Они даже способны переносить космический вакуум.
Генетики стремятся понять их геномы, и в статье, опубликованной в журнале Nature в 2025 году, была предпринята попытка раскрыть ключевые гены и белки, обеспечивающие этим миниатюрным существам такую необычайную стрессоустойчивость. Если бы появилась возможность внедрить некоторые из этих генов в сельскохозяйственные культуры, их можно было бы сделать устойчивыми к самым высоким уровням радиации и стрессу окружающей среды.
Ещё более интригующим является вопрос о том, может ли внедрение генов тихоходок в геном человека сделать его более устойчивыми к суровым условиям космоса. Учёные уже продемонстрировали, что в лабораторных условиях человеческие клетки развивали повышенную толерантность к рентгеновскому излучению после внедрения в них генов тихоходок.
Кейт Рубинс была первым человеком, который секвенировал ДНК в космосе. НАСА
Перенос генов от тихоходок — это всего лишь один гипотетический пример того, как можно модифицировать людей и сельскохозяйственные культуры, чтобы сделать их более приспособленными к космическим путешествиям.
В ноябре 2018 года китайский учёный Хэ Цзянькуй объявил о создании первых детей с отредактированным геном. Он внедрил в ещё не рождённых близнецов ген, обеспечивающий устойчивость к ВИЧ-инфекции. Впоследствии учёный был заключён в тюрьму. Однако затем его освободили и разрешили снова проводить исследования.
В новой космической гонке некоторые страны могут пойти на гораздо более радикальные меры в области редактирования генома, чем другие, особенно на Западе, где и без того действуют жёсткие ограничения. Победитель получит огромные научные и экономические преимущества.
Комментировать в ВконтактеСмотрите также... HTML, CSS-шпаргалка с примерами - тег IMG, figure и picture. Адаптирование, форматирование, эффекты Полный список обработчиков событий HTML / Javascript с примерами |
