gh ФОРМУЛА ЖИВОГО

Как отличить живое от неживого? Вопрос не такой простой, если речь идет об образцах почвы, породы, льда или куске метеорита. Содержат ли эти образцы живые клетки или хотя бы останки микроорганизмов? Ученые из Института микробиологии РАН считают, что основное отличие живых объектов от неживых - наличие и определенные соотношения основных химических элементов: фосфора, серы, калия и кальция. Чтобы определить, из каких элементов состоит объект, исследователи применяют электронно-микроскопический рентгеновский анализ.

Обычно, когда решается вопрос о живом или неживом происхождении каких-либо вкраплений или частиц в природном образце, обращают внимание на два обстоятельства. Во-первых, похожи ли эти частицы на клетки по форме, и, во-вторых, содержат ли они углерод. Углерод - основной биогенный элемент. Но дело в том, что это один из самых распространенных элементов во Вселенной и далеко не всегда органического происхождения. В то же время все исследованные учеными микробные клетки (даже погибшие) содержали фосфор, серу, калий и кальций в количествах, которые превышают фоновые значения. Поэтому, если в исследуемых частицах, "похожих на клетки", отсутствует хотя бы один из этих элементов, можно однозначно заключить, что они не живые и живыми никогда не были.

Затем ученые обратили внимание на количественные соотношения различных элементов - фосфор/сера и калий/кальций. Оказывается, они зависят от физиологического состояния микробной клетки. В покоящихся клетках (в состоянии анабиоза, в виде споры или цисты) показатель "калий/кальций" выше, а "фосфор/сера" - ниже, чем в активно живущих. Если же микробные клетки погибли и мумифицировались (превратились в так называемую микромумию), у них уменьшается количество фосфора и серы, меняется количество калия и увеличивается количество кремния. Несмотря на то, что в мертвой клетке какие-то элементы теряются, а какие-то замещаются элементами окружающей среды, фосфор и сера из клетки не исчезают никогда.

Ученые испытали свой метод на пробах антарктического мерзлотного грунта, срок пребывания которого в мерзлом состоянии составляет около 170 тысяч лет. В строго стерильных условиях пробы доставляли в лабораторию, где образец размораживали и тонким слоем наносили на электронно-микроскопические медные сеточки. Под электронным микроскопом препарат бомбардировали пучком электронов, в результате чего он излучал спектр, состоящий из базовой линии (фоновое излучение) и пиков с длиной волны, соответствующей каждому элементу. Компьютерная программа вычисляла площади пиков по отношению к фону и соотношение площадей различных пиков.

Из антарктических образцов исследователи выделили частицы, похожие по форме на клетки, нашли в них все четыре биогенных элемента и показали, что соотношение P/S и K/Ca в них такое же, как в покоящихся микробных клетках. На основании этого они сделали вывод, что в мерзлотном грунте содержались микроорганизмы в виде спор и цист. Этот вывод они подтвердили, вырастив соответствующие культуры микроорганизмов на питательных средах.

Метод рентгеновского микроанализа может пригодиться не только в поиске жизни в экстремальных земных и космических условиях, но и в сугубо практических целях. Микроорганизмы служат человеку везде, без них не обойтись при выпечке хлеба, производстве вина или кефира. Но для нормального хода этих процессов нужно, чтобы микробы находились в "хорошей форме". Элементный анализ можно было бы использовать для диагностики функционального состоянии микробных культур. Конечно, электронный микроскоп не поставишь в пекарне или на винзаводе, но культуру вполне можно доставить на обследование в микробиологическую и электронно-микроскопическую лабораторию.

***