This deep-sea mystery is changing our understanding of life | Karen Lloyd

Переводчик: Alena Chernykh Редактор: Anastasia Melnikova

I'm an ocean microbiologist at the University of Tennessee,

Я микробиолог в области океанографии в Университете Теннесси,

and I want to tell you guys about some microbes

и я хочу рассказать сегодня о некоторых микроорганизмах,

that are so strange and wonderful

странных, но в то же время прекрасных

that they're challenging our assumptions about what life is like on Earth.

и бросающих вызов нашим предположениям о том, какова жизнь на Земле.

So I have a question.

Я хочу задать вам вопрос.

Please raise your hand if you've ever thought it would be cool

Поднимите, пожалуйста, руки те, кто считает, что было бы круто

to go to the bottom of the ocean in a submarine?

спуститься на дно океана в подводной лодке.

Yes.

Отлично.

Most of you, because the oceans are so cool.

Большинство. Потому что океан великолепен.

Alright, now -- please raise your hand

А теперь поднимите руки те,

if the reason you raised your hand to go to the bottom of the ocean

кто поднял руку и хочет опуститься на дно океана для того,

is because it would get you a little bit closer

чтобы стать чуточку ближе

to that exciting mud that's down there.

к этой будоражащей умы грязи на самом дне.

(Laughter)

(Смех)

Nobody.

Никто.

I'm the only one in this room.

Похоже, я единственная в этом зале.

Well, I think about this all the time.

Я думаю о ней постоянно.

I spend most of my waking hours

Бóльшую часть времени я трачу на то,

trying to determine how deep we can go into the Earth

что пытаюсь определить, насколько далеко в глубь Земли мы можем продвинуться

and still find something, anything, that's alive,

и обнаружить там жизнь.

because we still don't know the answer to this very basic question

Ведь мы до сих пор не знаем ответ на очень важный вопрос

о зарождении жизни на Земле.

about life on Earth.

So in the 1980s, a scientist named John Parkes, in the UK,

В 1980-е годы учёный из Великобритании Джон Паркс

was similarly obsessed,

был одержим, как и я,

and he came up with a crazy idea.

и придумал сумасшедшую идею.

He believed that there was a vast, deep, and living microbial biosphere

Он верил, что под толщей мирового океана

существует обширная биосфера живых микроорганизмов

underneath all the world's oceans

that extends hundreds of meters into the seafloor,

толщиной в сотни метров,

which is cool,

что уже само по себе потрясающе.

but the only problem is that nobody believed him,

Единственная проблема — его взгляды никто не разделял,

and the reason that nobody believed him

и причина этого заключалась в том,

is that ocean sediments may be the most boring place on Earth.

что отложения на дне океана, возможно, самое скучное место на Земле.

(Laughter)

(Смех)

There's no sunlight, there's no oxygen,

Туда не попадают солнечные лучи, там нет кислорода,

and perhaps worst of all,

и что самое ужасное —

there's no fresh food deliveries for literally millions of years.

там нет никакой свежей еды уже на протяжении миллионов лет.

Не обязательно иметь учёную степень по биологии,

You don't have to have a PhD in biology

to know that that is a bad place to go looking for life.

чтобы понять, что это не самое подходящее место для поисков жизни.

(Laughter)

But in 2002, [Steven D'Hondt] had convinced enough people

(Смех)

Но в 2002 году Стивен Д`Ондт убедил достаточное количество людей,

that he was on to something that he actually got an expedition

чтобы отправиться в экспедицию

on this drillship, called the JOIDES Resolution.

на бурильном корабле под названием JOIDES Resolution.

And he ran it along with Bo Barker Jørgensen of Denmark.

Компанию ему составил Бо Баркер Йоргенсен из Дании.

And so they were finally able to get

В конце концов они добрались

good pristine deep subsurface samples

до нетронутых образцов глубинных недр,

some really without contamination from surface microbes.

куда не добрались микроорганизмы с поверхности.

This drill ship is capable of drilling thousands of meters underneath the ocean,

Буровой корабль способен просверлить дно океана на тысячи метров вглубь так,

and the mud comes up in sequential cores, one after the other --

что грязь выйдет последовательно, проба за пробой —

long, long cores that look like this.

вот в таких длиннющих грунтовых трубках.

This is being carried by scientists such as myself who go on these ships,

Здесь её несут такие же учёные, как и я,

and we process the cores on the ships and then we send them home

на корабле мы обрабатываем эти пробы, а затем отправляем на сушу

to our home laboratories for further study.

в наши лаборатории для дальнейшего изучения.

So when John and his colleagues

И когда Джон и его коллеги

got these first precious deep-sea pristine samples,

получили эти драгоценные нетронутые глубоководные образцы,

they put them under the microscope,

они поместили их под микроскоп

and they saw images that looked pretty much like this,

и увидели нечто похожее на то,

which is actually taken from a more recent expedition

что обнаружили в результате более ранней экспедиции,

by my PhD student, Joy Buongiorno.

организованной моей студенткой, аспиранткой Джой Бонджорно.

You can see the hazy stuff in the background.

Видите разводы на фоне снимка?

That's mud. That's deep-sea ocean mud,

Это и есть грязь, та самая грязь со дна океана.

and the bright green dots stained with the green fluorescent dye

А ярко-зелёные точки, подкрашенные флюоресцентной краской, —

are real, living microbes.

настоящие живые микроорганизмы.

Now I've got to tell you something really tragic about microbes.

А сейчас я расскажу вам о микробах нечто в самом деле ужасное.

They all look the same under a microscope,

Под микроскопом они все выглядят одинаково.

I mean, to a first approximation.

Я имею в виду, с первого взгляда.

You can take the most fascinating organisms in the world,

Можно взять самые удивительные организмы в мире,

like a microbe that literally breathes uranium,

например, бактерию, способную «дышать» ураном,

and another one that makes rocket fuel,

и бактерию, которая является источником ракетного топлива,

mix them up with some ocean mud,

соединить их с грязью со дна океана,

put them underneath a microscope,

поместить их под микроскоп,

and they're just little dots.

и вы увидите лишь маленькие точечки.

It's really annoying.

Это ужасно раздражает.

So we can't use their looks to tell them apart.

Поэтому мы не можем рассортировать их по внешнему виду.

We have to use DNA, like a fingerprint,

Мы должны использовать ДНК как отпечаток пальца,

to say who is who.

чтобы определить, кто есть кто.

And I'll teach you guys how to do it right now.

И я научу вас этому прямо сейчас.

So I made up some data, and I'm going to show you some data that are not real.

Я покажу вам некоторые данные, которые составила сама, они не настоящие.

This is to illustrate what it would look like

Это для того, чтобы показать, как бы выглядела группа образцов,

if a bunch of species were not related to each other at all.

абсолютно несвязанных друг с другом.

So you can see each species

Здесь видно, что каждая особь

has a list of combinations of A, G, C and T,

имеет комбинации из A, G, C и T —

which are the four sub-units of DNA,

четырёх субэлементов ДНК,

sort of randomly jumbled, and nothing looks like anything else,

перемешанных как попало и абсолютно не похожих между собой,

and these species are totally unrelated to each other.

так что эти особи совершенно не связаны друг с другом.

But this is what real DNA looks like,

А вот так выглядят настоящие ДНК,

from a gene that these species happen to share.

взятые из гена, присутствующего во всех этих видах.

Everything lines up nearly perfectly.

Всё сходится почти идеально.

The chances of getting so many of those vertical columns

Шансы получить так много вертикальных колонок,

where every species has a C or every species has a T,

в которых у каждой особи случайно оказался элемент С или Т,

by random chance, are infinitesimal.

ничтожно малы.

So we know that all those species had to have had a common ancestor.

Итак, мы знаем, что у всех этих особей должен был быть общий предок.

They're all relatives of each other.

Они являются родственниками друг другу.

So now I'll tell you who they are.

А теперь я расскажу вам, кто они.

The top two are us and chimpanzees,

Два верхних — это мы и шимпанзе,

which y'all already knew were related, because, I mean, obviously.

с которыми у нас, как известно, много общего — это же очевидно.

(Laughter)

(Смех)

But we're also related to things that we don't look like,

Однако у нас есть общее и с видами, на которые мы не похожи,

like pine trees and Giardia, which is that gastrointestinal disease

например, сосна обыкновенная или лямблия, вызывающая кишечное расстройство,

you can get if you don't filter your water while you're hiking.

если пить нефильтрованную воду во время походов.

We're also related to bacteria like E. coli and Clostridium difficile,

Также у нас есть сходство с бактериями, например, E. coli и Clostridium difficile,

which is a horrible, opportunistic pathogen that kills lots of people.

ужасными приспосабливающимися патогенами, вызывающими летальный исход.

But there's of course good microbes too, like Dehalococcoides ethenogenes,

Но есть и полезные микробы, например, Dehalococcoides ethenogenes,

which cleans up our industrial waste for us.

которые очищают наши промышленные отходы.

So if I take these DNA sequences,

Если взять эти последовательности ДНК,

and then I use them, the similarities and differences between them,

а затем сопоставить их сходства и различия

to make a family tree for all of us

для создания нашей общей родословной,

so you can see who is closely related,

отражающей родственные связи,

then this is what it looks like.

то вот как это выглядит.

So you can see clearly, at a glance,

Хорошо видно,

that things like us and Giardia and bunnies and pine trees

что люди, лямблии, кролики и сосны —

are all, like, siblings,

потомки одних и тех же родителей,

and then the bacteria are like our ancient cousins.

в то время как бактерии являются нашими двоюродными братьями.

But we're kin to every living thing on Earth.

Но всё живое на Земле связано родственными связями.

So in my job, on a daily basis,

В своей ежедневной работе

I get to produce scientific evidence against existential loneliness.

я должна найти научные доказательства против экзистенциального одиночества.

So when we got these first DNA sequences,

И когда мы получили первые последовательности ДНК

from the first cruise, of pristine samples from the deep subsurface,

из нетронутых образцов глубинных недр, собранных во время первой экспедиции,

we wanted to know where they were.

мы захотели узнать, откуда они родом.

So the first thing that we discovered is that they were not aliens,

И первое, что мы выяснили — они имеют земное происхождение,

because we could get their DNA to line up with everything else on Earth.

потому что мы смогли сопоставить их ДНК с другими существами на Земле.

But now check out where they go on our tree of life.

Посмотрим, как же они распределились по нашему родословному древу.

The first thing you'll notice is that there's a lot of them.

Первое, что бросается в глаза — их очень много.

It wasn't just one little species

Это был не один малочисленный вид,

that managed to live in this horrible place.

которому удалось выжить в этом ужасном месте.

It's kind of a lot of things.

Их оказалось очень много.

И второе, что вы могли заметить, надеюсь,

And the second thing that you'll notice,

hopefully, is that they're not like anything we've ever seen before.

ничего подобного мы раньше не видели.

They are as different from each other

Они отличаются друг от друга также,

as they are from anything that we've known before

как от всего остального, что нам известно,

as we are from pine trees.

как человек отличается от сосны.

So John Parkes was completely correct.

Поэтому Джон Паркс был абсолютно прав.

He, and we, had discovered a completely new and highly diverse

И он, и мы обнаружили совершенно новую и очень разнообразную

microbial ecosystem on Earth

экосистему микробиома на Земле,

that no one even knew existed before the 1980s.

о которой ничего не было известно вплоть до 1980-х годов.

Так что мы были на правильном пути.

So now we were on a roll.

The next step was to grow these exotic species in a petri dish

Следующий шаг — вырастить эти экзотические виды в чашке Петри,

so that we could do real experiments on them

чтобы можно было проводить настоящие эксперименты,

like microbiologists are supposed to do.

какие обычно проводят микробиологи.

But no matter what we fed them,

Но чем бы мы их ни кормили,

they refused to grow.

они отказывались размножаться.

Even now, 15 years and many expeditions later,

Даже сейчас после 15 лет экспедиций

no human has ever gotten a single one of these exotic deep subsurface microbes

ни одному учёному не удалось вырастить эти экзотические глубоководные микроорганизмы

to grow in a petri dish.

в искусственных условиях.

And it's not for lack of trying.

И дело не в недостатке попыток.

That may sound disappointing,

Возможно, кого-то это разочарует,

but I actually find it exhilarating,

но меня, наоборот, воодушевляет,

because it means there are so many tantalizing unknowns to work on.

потому что ещё так много неизвестного впереди, над чем можно поработать.

Like, my colleagues and I got what we thought was a really great idea.

Например, у меня и моих коллег появилась, как нам казалось, отличная идея.

We were going to read their genes like a recipe book,

Мы решили прочитать их гены, как книгу рецептов,

find out what it was they wanted to eat and put it in their petri dishes,

выяснить, чем они питаются, и накормить их,

and then they would grow and be happy.

чтобы они могли расти и быть счастливы.

But when we looked at their genes,

Но когда мы увидели их гены,

it turns out that what they wanted to eat was the food we were already feeding them.

выяснилось, что им была нужна именно та еда, которой мы их кормили.

So that was a total wash.

Это был полный провал.

There was something else that they wanted in their petri dishes

Было кое-что ещё, чего им не хватало в чашках Петри,

that we were just not giving them.

чего мы им не давали.

So by combining measurements from many different places

Сопоставив различные данные

around the world,

со всего мира,

my colleagues at the University of Southern California,

мои коллеги из Университета Южной Калифорнии

Doug LaRowe and Jan Amend,

Даг ЛаРоу и Ян Аменд

were able to calculate that each one of these deep-sea microbial cells

смогли подсчитать, что каждой из этих глубоководных клеток

requires only one zeptowatt of power,

требуется лишь один зептоватт мощности,

and before you get your phones out, a zepto is 10 to the minus 21,

и прежде чем вы достанете свои телефоны, я поясню, что это 10 в минус 21 степени,

because I know I would want to look that up.

потому что я бы тоже это загуглила.

Humans, on the other hand,

Людям, с другой стороны,

require about 100 watts of power.

требуется около 100 ватт энергии.

So 100 watts is basically if you take a pineapple

100 ватт эквивалентно тому, чтобы взять ананас

and drop it from about waist height to the ground 881,632 times a day.

и бросать его с метровой высоты на землю 881 632 раза в день.

If you did that and then linked it up to a turbine,

Если сделать это, а потом подключить турбину,

that would create enough power to make me happen for a day.

то полученной мощности будет достаточно, чтобы я могла существовать один день.

A zeptowatt, if you put it in similar terms,

В аналогичных условиях зептоватт —

is if you take just one grain of salt

это как если взять одну крупинку соли

and then you imagine a tiny, tiny, little ball

и представить крошечный-крошечный шарик,

that is one thousandth of the mass of that one grain of salt

который является одной тысячной массы этой крупинки соли,

and then you drop it one nanometer,

а затем бросить его на один нанометр,

which is a hundred times smaller than the wavelength of visible light,

который в сто раз меньше, чем длина волны видимого света,

once per day.

один раз в день.

That's all it takes to make these microbes live.

Это всё, что нужно для поддержания жизни этих микроорганизмов.

That's less energy than we ever thought would be capable of supporting life,

Мы и представить себе не могли, что такое малое количество энергии

способно поддерживать жизнь,

but somehow, amazingly, beautifully,

но каким-то удивительным образом

it's enough.

этого вполне достаточно.

So if these deep-subsurface microbes

Если у этих глубоководных микробов

have a very different relationship with energy than we previously thought,

особенные отношения с энергией, о которых мы не подозревали,

then it follows that they'll have to have

то, следовательно, у них должны быть

a different relationship with time as well,

другие отношения и со временем,

because when you live on such tiny energy gradients,

потому что если для жизни используется так мало энергии,

rapid growth is impossible.

то быстрый рост невозможен.

If these things wanted to colonize our throats and make us sick,

Если бы эти микробы захотели поселиться в нашем горле,

they would get muscled out by fast-growing streptococcus

они были бы вытеснены быстрорастущим стрептококком

before they could even initiate cell division.

ещё до того, как начали бы размножаться.

So that's why we never find them in our throats.

Поэтому мы никогда не обнаружим их в горле.

Perhaps the fact that the deep subsurface is so boring

Возможно, тот факт, что на глубине океана довольно скучно,

is actually an asset to these microbes.

на самом деле является ценным ресурсом для этих микробов.

They never get washed out by a storm.

Они никогда не вымываются штормом.

They never get overgrown by weeds.

Никогда не зарастают сорняками.

All they have to do is exist.

Всё, что им нужно, — это существовать.

Maybe that thing that we were missing in our petri dishes

Возможно, то, чего не доставало в чашках Петри,

was not food at all.

вовсе и не было пищей.

Maybe it wasn't a chemical.

И это не химическое вещество.

Maybe the thing that they really want,

Возможно, то, что им так необходимо

the nutrient that they want, is time.

для развития, — это время.

But time is the one thing that I'll never be able to give them.

Но время — это то, что я никогда не смогу им дать.

So even if I have a cell culture that I pass to my PhD students,

И даже если я передам эту культуру клеток своим аспирантам,

who pass it to their PhD students, and so on,

а они передадут своим аспирантам и так далее,

we'd have to do that for thousands of years

нам придётся делать это в течение нескольких тысяч лет,

in order to mimic the exact conditions of the deep subsurface,

чтобы имитировать точные условия, происходящие в глубоких недрах,

all without growing any contaminants.

и при этом без загрязнений.

It's just not possible.

Это просто невозможно.

But maybe in a way we already have grown them in our petri dishes.

Но, может быть, в некотором роде, мы уже вырастили их в наших чашках Петри.

Maybe they looked at all that food we offered them and said,

Может, они посмотрели на предложенную нами пищу и сказали:

"Thanks, I'm going to speed up so much

«Спасибо, я постараюсь ускориться

that I'm going to make a new cell next century.

и создать новую клетку к следующему столетию».

Ugh.

Ах!

(Laughter)

(Смех)

So why is it that the rest of biology moves so fast?

А почему другие живые существа размножаются так быстро?

Why does a cell die after a day

Почему клетка погибает через день,

and a human dies after only a hundred years?

и человек умирает всего лишь через сто лет?

These seem like really arbitrarily short limits

Это довольно короткие сроки,

when you think about the total amount of time in the universe.

если рассуждать в масштабах всей Вселенной.

But these are not arbitrary limits.

Но это не произвольные ограничения.

They're dictated by one simple thing,

Они продиктованы одним простым обстоятельством,

and that thing is the Sun.

и это обстоятельство — Солнце.

Once life figured out how to harness the energy of the Sun

Однажды живые существа узнали, как использовать энергию Солнца

through photosynthesis,

с помощью фотосинтеза.

we all had to speed up and get on day and night cycles.

Всем пришлось ускориться и подстроиться под дневные и ночные циклы.

In that way, the Sun gave us both a reason to be fast

Таким образом, Солнце дало нам и причину быть быстрыми,

and the fuel to do it.

и необходимую для этого энергию.

You can view most of life on Earth like a circulatory system,

Жизнь на Земле можно рассматривать как кровеносную систему,

and the Sun is our beating heart.

сердцем которой является Солнце.

But the deep subsurface is like a circulatory system

Но глубоководные недра — это кровеносная система,

that's completely disconnected from the Sun.

которая полностью отключена от Солнца.

It's instead being driven by long, slow geological rhythms.

Вместо этого они подчиняются долгим, медленным геологическим ритмам.

There's currently no theoretical limit on the lifespan of one single cell.

Сейчас нет теоретического ограничения продолжительности жизни одной клетки.

As long as there is at least a tiny energy gradient to exploit,

Пока есть хоть немного энергии, которую можно использовать,

theoretically, a single cell could live

теоретически одиночная клетка может жить

for hundreds of thousands of years or more,

сотни тысяч лет или дольше,

simply by replacing broken parts over time.

просто со временем заменяя повреждённые части.

To ask a microbe that lives like that to grow in our petri dishes

Попросить микроба, живущего в подобных условиях, вырасти в чашке Петри

is to ask them to adapt to our frenetic, Sun-centric, fast way of living,

значит попросить адаптироваться к нашей неистовой, солнцеориентированной жизни,

and maybe they've got better things to do than that.

а может, у него есть дела поважнее.

(Laughter)

(Смех)

Imagine if we could figure out how they managed to do this.

Представьте, если бы нам удалось выяснить, как они это делают.

What if it involves some cool, ultra-stable compounds

Что, если они используют ультра-стабильные соединения,

that we could use to increase the shelf life

которые помогли бы нам увеличить сроки хранения

in biomedical or industrial applications?

в биомедицине или промышленности?

Or maybe if we figure out the mechanism that they use

Или, может, если мы поймём механизм, который они используют,

to grow so extraordinarily slowly,

чтобы так медленно расти,

we could mimic it in cancer cells and slow runaway cell division.

мы смогли бы имитировать его и замедлить деление раковых клеток.

I don't know.

Я не знаю.

I mean, honestly, that is all speculation,

Честно говоря, это всё домыслы,

but the only thing I know for certain

но в чём я точно уверена,

is that there are a hundred billion billion billlion

это то, что существуют сто миллиардов миллиардов миллиардов

living microbial cells

живых клеток микроорганизмов

underlying all the world's oceans.

на самой глубине океана.

That's 200 times more than the total biomass of humans on this planet.

Это в 200 раз больше общей биомассы людей на всей планете.

And those microbes have a fundamentally different relationship

И эти микробы имеют принципиально другие отношения

with time and energy than we do.

со временем и энергией, чем мы.

What seems like a day to them

То, что для них день,

might be a thousand years to us.

для нас может оказаться тысячей лет.

They don't care about the Sun,

Им нет дела до солнца,

and they don't care about growing fast,

им нет дела до быстрого роста,

and they probably don't give a damn about my petri dishes ...

и их, наверное, совершенно не волнуют мои чашки Петри...

(Laughter)

(Смех)

but if we can continue to find creative ways to study them,

но если мы сможем продолжать находить творческие способы для их изучения,

then maybe we'll finally figure out what life, all of life, is like on Earth.

возможно, мы наконец-то выясним, какова жизнь на всей Земле.

Thank you.

Спасибо.

(Applause)

(Аплодисменты)