The tiny creature that secretly powers the planet | Penny Chisholm

Переводчик: Lilianna Miniyarova Редактор: Yulia Kallistratova

I'd like to introduce you to a tiny microorganism

Я хочу познакомить вас с микроорганизмами,

that you've probably never heard of:

о которых вы, возможно, никогда не слышали.

its name is Prochlorococcus,

Они носят название Prochlorococcus,

and it's really an amazing little being.

и это совершенно удивительные создания.

For one thing, its ancestors

Во-первых, их предки

changed the earth in ways that made it possible for us to evolve,

изменили планету таким образом, что наша эволюция стала возможной,

and hidden in its genetic code

и в их генетическом коде заложены схемы,

is a blueprint

that may inspire ways to reduce our dependency on fossil fuel.

которые могли бы помочь нам уменьшить зависимость от ископаемого топлива.

But the most amazing thing

Но самое удивительное в том,

is that there are three billion billion billion

что на планете три миллиарда миллиардов миллиардов

of these tiny cells on the planet,

этих крошечных клеток,

and we didn't know they existed until 35 years ago.

а мы узнали об их существовании только 35 лет назад.

So to tell you their story,

Чтобы рассказать их историю,

I need to first take you way back,

мне необходимо перенестись

four billion years ago, when the earth might have looked something like this.

на четыре миллиона лет назад, когда планета выглядела примерно так.

There was no life on the planet,

На планете не было жизни,

there was no oxygen in the atmosphere.

в атмосфере отсутствовал кислород.

So what happened to change that planet into the one we enjoy today,

Какие же события способствовали изменению планеты до её нынешнего состояния

teeming with life,

планеты, наполненной жизнью,

teeming with plants and animals?

растениями и животными?

Well, in a word, photosynthesis.

Кратко говоря, это был фотосинтез.

About two and a half billion years ago,

Около двух с половиной миллиардов лет назад

some of these ancient ancestors of Prochlorococcus evolved

некоторые древние предки Prochlorococcus эволюционировали

so that they could use solar energy

так, что смогли использовать солнечную энергию,

and absorb it

поглощать её

and split water into its component parts of oxygen and hydrogen.

и ращиплять воду на кислород и водород.

And they used the chemical energy produced

А энергию от этой химической реакции они использовали

to draw CO2, carbon dioxide, out of the atmosphere

для поглощения углекислого газа из атмосферы

and use it to build sugars and proteins and amino acids,

и формировали из него белки, сахар и аминокислоты —

all the things that life is made of.

всё, что необходимо для жизни на планете.

And as they evolved and grew more and more

По мере того, как микроорганизмы эволюционировали и размножались

over millions and millions of years,

на протяжении миллионов миллионов лет,

that oxygen accumulated in the atmosphere.

кислород накопился в атмосфере.

Until about 500 million years ago,

Примерно 500 миллионов лет назад

there was enough in the atmosphere that larger organisms could evolve.

кислорода в атмосфере стало достаточно для образования больших организмов.

There was an explosion of life-forms,

Это было всплеском различных форм жизни,

and, ultimately, we appeared on the scene.

и в конечном итоге на Земле появились мы.

While that was going on,

Во время этих изменений

some of those ancient photosynthesizers died

некоторые древние виды фотосинтезаторов вымерли,

and were compressed and buried,

были сплющены, погребены под землёй

and became fossil fuel

и превратились в ископаемое топливо,

with sunlight buried in their carbon bonds.

сохранив солнечный свет в своих углеродных связях.

They're basically buried sunlight in the form of coal and oil.

Они, по существу, захоронили солнечный свет в форме угля и нефти.

Today's photosynthesizers,

Сегодняшние фотосинтезаторы

their engines are descended from those ancient microbes,

своим образованием обязаны древним микробам,

and they feed basically all of life on earth.

и, фактически, они насыщают жизнью всю планету.

Your heart is beating using the solar energy

Ваше сердце бьётся благодаря солнечному свету,

that some plant processed for you,

переработанному для вас растениями,

and the stuff your body is made out of

и ваши тела состоят

is made out of CO2

из углекислого газа,

that some plant processed for you.

который обрабатывают для вас растения.

Basically, we're all made out of sunlight and carbon dioxide.

В основном мы все состоим из солнечного света и углекислого газа.

Fundamentally, we're just hot air.

По сути, мы просто нагретый воздух.

(Laughter)

(Смех)

So as terrestrial beings,

Как наземные обитатели

we're very familiar with the plants on land:

мы хорошо знакомы с земными растениями:

the trees, the grasses, the pastures, the crops.

деревьями, травами, пастбищами, жатвой.

But the oceans are filled with billions of tons of animals.

Но и в океанах проживают миллиарды тон животных.

Do you ever wonder what's feeding them?

Вы когда-нибудь задумывались, чем они питаются?

Well there's an invisible pasture

Так вот, там есть невидимые пастбища

of microscopic photosynthesizers called phytoplankton

микроскопических фотосинтезаторов под названием фитопланктон,

that fill the upper 200 meters of the ocean,

которые заполняют 200 метров верхней части океана

and they feed the entire open ocean ecosystem.

и благодаря которым питается вся океанская экосистема.

Some of the animals live among them and eat them,

Одни виды живут среди фитопланктона и питаются им,

and others swim up to feed on them at night,

другие всплывают и едят фитопланктон по ночам,

while others sit in the deep and wait for them to die and settle down

а некоторые спокойно сидят на глубине и ждут их осевших на дно останков,

and then they chow down on them.

которые и поедают.

So these tiny phytoplankton,

Таким образом, крошечный фитопланктон

collectively, weigh less than one percent of all the plants on land,

весит в совокупности меньше, чем один процент всех растений на суше,

but annually they photosynthesize as much as all of the plants on land,

но ежегодно он фотосинтезирует столько же, сколько все растения планеты,

including the Amazon rainforest

включая тропические леса Амазонки,

that we consider the lungs of the planet.

которые мы называем лёгкими планеты.

Every year, they fix 50 billion tons of carbon

Каждый год они перерабатывают 50 миллиардов тон углерода

in the form of carbon dioxide into their bodies

в виде углекислого газа в собственных клетках,

that feeds the ocean ecosystem.

который питает экосистему океана.

How does this tiny amount of biomass

Каким образом такое малое количество биомассы

produce as much as all the plants on land?

производит столько, сколько все наземные растения?

Well, they don't have trunks and stems

Ну, у них нет ни стволов, ни стеблей,

and flowers and fruits and all that to maintain.

ни цветов, ни фруктов, которые надо поддерживать.

All they have to do is grow and divide and grow and divide.

Их единственная задача — расти и делиться, расти и делиться.

They're really lean little photosynthesis machines.

Они настоящие крошечные фабрики фотосинтеза.

They really crank.

Настоящие трудоголики.

So there are thousands of different species of phytoplankton,

Существуют тысячи разновидностей фитопланктона

come in all different shapes and sizes,

различных форм и размеров,

all roughly less than the width of a human hair.

но практически все они меньше толщины человеческого волоса.

Here, I'm showing you some of the more beautiful ones,

Сейчас я покажу вам самых красивых из них.

the textbook versions.

Эдакие версии для учебника.

I call them the charismatic species of phytoplankton.

Я называю их харизматическими видами фитопланктона.

And here is Prochlorococcus.

А вот это Prochlorococcus.

I know,

Я знаю,

it just looks like a bunch of schmutz on a microscope slide.

выглядит, как кучка мусора на слайде микроскопа.

(Laughter)

(Смех)

But they're in there,

Но это они,

and I'm going to reveal them to you in a minute.

и я покажу их вам через минуту.

But first I want to tell you how they were discovered.

Но сначала я хочу рассказать вам, как они были открыты.

About 38 years ago,

Около 38 лет назад

we were playing around with a technology in my lab called flow cytometry

в моей лаборатории мы экспериментировали с так называемой проточной цитометрией,

that was developed for biomedical research for studying cells like cancer cells,

разработанной для биомедицинских исследований раковых клеток,

but it turns out we were using it for this off-label purpose

но оказалось, мы использовали её не по назначению,

which was to study phytoplankton, and it was beautifully suited to do that.

а для изучения фитопланктона, для чего она прекрасно подходила.

And here's how it works:

Вот как это работает:

so you inject a sample in this tiny little capillary tube,

мы помещаем образец в капиллярную трубку,

and the cells go single file by a laser,

и клетки двигаются цепочкой друг за другом с помощью лазера,

and as they do, they scatter light according to their size

и по мере движения они рассеивают свет в соответствии с их размерами

and they emit light according to whatever pigments they might have,

и испускают свет того пигмента, который у них имеется,

whether they're natural or whether you stain them.

будь то натуральный пигмент или добавленный краситель.

And the chlorophyl of phytoplankton,

И хлорофилл фитопланктона —

which is green,

он зелёного цвета —

emits red light when you shine blue light on it.

излучает красный свет, когда вы его подсвечиваете голубым светом.

And so we used this instrument for several years

Так что мы использовали этот инструмент на протяжении нескольких лет

to study our phytoplankton cultures,

для изучения фитопланктона,

species like those charismatic ones that I showed you,

в том числе и харизматических видов, которые я вам показывала,

just studying their basic cell biology.

в целях исследования их клеточной биологии.

But all that time, we thought, well wouldn't it be really cool

Но всё это время мы думали, что было бы круто,

if we could take an instrument like this out on a ship

если бы мы воспользовались данным инструментом на корабле

and just squirt seawater through it

и пропустили через него морскую воду,

and see what all those diversity of phytoplankton would look like.

чтобы посмотреть, как будет выглядеть всё это многообразие фитопланктона.

So I managed to get my hands

Итак, мне удалось раздобыть

on what we call a big rig in flow cytometry,

большую установку проточной цитометрии,

a large, powerful laser

большой и мощный лазер

with a money-back guarantee from the company

с гарантией возврата денег от компании,

that if it didn't work on a ship, they would take it back.

и если он не заработает на корабле, они его примут обратно.

And so a young scientist that I was working with at the time,

И молодой научный работник, с которым я работала в то время,

Rob Olson, was able to take this thing apart,

Роб Олсон, смог разобрать эту установку,

put it on a ship, put it back together and take it off to sea.

погрузил её на корабль, снова смонтировал и начал работу в море.

And it worked like a charm.

И всё заработало.

We didn't think it would, because we thought the ship's vibrations

Мы не думали, что получится, боялись, что из-за вибраций корабля

would get in the way of the focusing of the laser,

возникнут проблемы с фокусировкой лазера,

but it really worked like a charm.

но всё работало превосходно.

And so we mapped the phytoplankton distributions across the ocean.

Мы обозначили на карте места произрастания фитопланктона в океане.

For the first time, you could look at them one cell at a time in real time

И впервые можно было в реальном времени наблюдать за отдельными клетками

and see what was going on -- that was very exciting.

и видеть, что происходит — это очень впечатляет.

But one day, Rob noticed some faint signals

Но однажды Роб обнаружил слабый звук,

coming out of the instrument

исходящий от инструментов,

that we dismissed as electronic noise

который мы принимали ранее за электронный шум

for probably a year

предположительно в течении года

before we realized that it wasn't really behaving like noise.

до того, как осознали, что это не шум.

It had some regular patterns to it.

Этот шум обладал регулярностью.

To make a long story short,

Короче говоря,

it was tiny, tiny little cells,

это были крошечные микроорганизмы,

less than one-one hundredth the width of a human hair

по размеру меньше, чем одна сотая толщины человеческого волоса,

that contain chlorophyl.

которые содержат хлорофил.

That was Prochlorococcus.

Это были Prochlorococcus.

So remember this slide that I showed you?

Помните вот этот слайд, который я вам показывала?

If you shine blue light on that same sample,

Если посветить голубым светом на этот же образец,

this is what you see:

вот что вы увидите:

two tiny little red light-emitting cells.

две очень маленькие, излучающие свет, клеточки.

Those are Prochlorococcus.

Это Prochlorococcus —

They are the smallest and most abundant photosynthetic cell on the planet.

самые маленькие и самые многочисленные фотосинтезирующие клеточки планеты.

At first, we didn't know what they were,

Поначалу мы не знали, что это было,

so we called the "little greens."

поэтому называли их «маленькая зелень».

It was a very affectionate name for them.

Очень ласковым именем.

Ultimately, we knew enough about them to give them the name Prochlorococcus,

В конце концов мы много о них узнали и дали им название Prochlorococcus,

which means "primitive green berry."

что означает «примитивные зелёные икринки».

And it was about that time

И за это время

that I became so smitten by these little cells

я стала настолько одержима этими милыми клеточками,

that I redirected my entire lab to study them and nothing else,

что полностью переоборудовала лабораторию для изучения ничего, кроме них,

and my loyalty to them has really paid off.

и моя преданность им по-настоящему окупилась.

They've given me a tremendous amount, including bringing me here.

Они подарили мне бесконечно много, включая возможность выступить здесь.

(Applause)

(Аплодисменты)

So over the years, we and others, many others,

Итак, на протяжении многих лет мы и многие другие ученые

have studied Prochlorococcus across the oceans

изучали Prochlorococcus по всем океанам

and found that they're very abundant over wide, wide ranges

и обнаружили, что они изобилуют во множестве различных областей

in the open ocean ecosystem.

открытой экосистемы океана.

They're particularly abundant in what are called the open ocean gyres.

Особенно активно они участвуют в открытых океанических водоворотах.

These are sometimes referred to as the deserts of the oceans,

Их ещё называют пустынями океанов,

but they're not deserts at all.

хотя они вовсе не пустыни.

Their deep blue water is teeming

Голубая вода на глубине кишит

with a hundred million Prochlorococcus cells per liter.

сотнями миллионов на литр воды микроорганизмами Prochlorococcus.

If you crowd them together like we do in our cultures,

Если их все объединить, как мы делаем с нашими культурами,

you can see their beautiful green chlorophyl.

можно увидеть их красивый зелёный оттенок хлорофилла.

One of those test tubes has a billion Prochlorococcus in it,

В одной тестируемой пробирке содержится миллиард Prochlorococcus,

and as I told you earlier,

и, как я вам говорила раннее,

there are three billion billion billion of them on the planet.

на планете Земля их три миллиарда миллиардов миллиардов.

That's three octillion,

Это три октиллиона,

if you care to convert.

кому охота перевести.

(Laughter)

(Смех)

And collectively, they weigh more than the human population

И все вместе они весят больше, чем всё население Земли,

and they photosynthesize as much as all of the crops on land.

и они фотосинтезируют намного больше, чем все наземные растительные культуры.

They're incredibly important in the global ocean.

Они невероятно важны во всемирном океане.

So over the years, as we were studying them

На протяжении многих лет, пока мы их изучали

and found how abundant they were,

и обнаружили, насколько их много,

we thought, hmm, this is really strange.

мы думали: хм, это очень странно.

How can a single species be so abundant across so many different habitats?

Как такого маленького вида может быть так много в таких разных сферах обитания?

And as we isolated more into culture,

При дальнейшем обособлении клеток

we learned that they are different ecotypes.

мы узнали, что существуют различные экотипы.

There are some that are adapted to the high-light intensities

Некоторые из них адаптированы к большой интенсивности света

in the surface water,

на поверхности воды,

and there are some that are adapted to the low light in the deep ocean.

а есть такие, которые приспособлены к низкой освещённости на дне океана.

In fact, those cells that live in the bottom of the sunlit zone

Фактически, те микроорганизмы, которые живут у солнечной поверхности,

are the most efficient photosynthesizers of any known cell.

являются наиболее эффективными фотосинтезаторами из всех нами известных.

And then we learned that there are some strains

Затем мы выяснили, что существуют разновидности,

that grow optimally along the equator,

которые растут вдоль экватора,

where there are higher temperatures,

где преобладают высокие температуры,

and some that do better at the cooler temperatures

а также виды, предпочитающие более прохладную среду,

as you go north and south.

что ближе к северу и к югу.

So as we studied these more and more and kept finding more and more diversity,

По мере изучения и нахождения всё больше и больше разновидностей,

we thought, oh my God, how diverse are these things?

мы подумали, боже, насколько же многообразны эти организмы?

And about that time, it became possible to sequence their genomes

И в то время появилась возможность секвенирования их генома

and really look under the hood and look at their genetic makeup.

и взглянуть более подробно на их генетические характеристики.

And we've been able to sequence the genomes of cultures that we have,

Мы не только смогли установить последовательность генома наших образцов,

but also recently, using flow cytometry,

но и при использовании проточной цитометрии

we can isolate individual cells from the wild

нам удалось выделить отдельные особи из общей массы

and sequence their individual genomes,

и установить последовательность их индивидуальных геномов,

and now we've sequenced hundreds of Prochlorococcus.

и сейчас мы секвенировали сотни Prochlorococcus.

And although each cell has roughly 2,000 genes --

И хотя каждая клетка имеет 2 000 генов —

that's one tenth the size of the human genome --

это одна десятая человеческого генома —

as you sequence more and more,

по мере их накопления

you find that they only have a thousand of those in common

мы находим, что лишь тысяча из них у всех общая,

and the other thousand for each individual strain

а другая тысяча для каждого индивидуального штамма

is drawn from an enormous gene pool,

берётся из огромного генетического фонда

and it reflects the particular environment that the cell might have thrived in,

и отражает предпочтительную среду обитания для каждого вида.

not just high or low light or high or low temperature,

И это не только интенсивность света или диапазон температур,

but whether there are nutrients that limit them

но и ограничивающие их биогенные вещества,

like nitrogen, phosphorus or iron.

такие как азот, фосфор и железо.

It reflects the habitat that they come from.

В этих генах отражается их родная среда обитания.

Think of it this way.

Представьте это себе так,

If each cell is a smartphone

как если бы каждая клетка была смартфоном,

and the apps are the genes,

а приложения в нём — генами.

when you get your smartphone, it comes with these built-in apps.

Когда вы получаете свой смартфон, в нём есть встроенные приложения,

Those are the ones that you can't delete if you're an iPhone person.

которые нельзя удалить, если у вас имеется iPhone.

You press on them and they don't jiggle and they don't have x's.

Вы жмёте на них, а они не двигаются, и крестика не появляется.

Even if you don't want them, you can't get rid of them.

Даже если они вам не нужны, вам от них не избавиться.

(Laughter)

(Смех)

Those are like the core genes of Prochlorococcus.

Это как основа генов Prochlorococcus.

They're the essence of the phone.

Они — основа телефона.

But you have a huge pool of apps to draw upon

Но у вас есть огромный список приложений на выбор,

to make your phone custom-designed for your particular lifestyle and habitat.

чтобы сделать ваш телефон более удобным для вашего образа жизни и среды обитания.

If you travel a lot, you'll have a lot of travel apps,

Если вы много путешествуете, вы можете скачать программы для путешественников.

if you're into financial things, you might have a lot of financial apps,

Если вас интересует финансовая сфера, вы можете скачать финансовые приложения,

or if you're like me,

или если вы — как я,

you probably have a lot of weather apps,

то у вас масса программ с прогнозом погоды

hoping one of them will tell you what you want to hear.

в надежде, что одна из них покажет желаемую погоду.

(Laughter)

(Смех)

And I've learned the last couple days in Vancouver

И последние пару дней в Ванкувере я осознала,

that you don't need a weather app -- you just need an umbrella.

что здесь не нужен прогноз погоды, а просто необходим зонт.

So --

Так что...

(Laughter)

(Смех)

(Applause)

(Аплодисменты)

So just as your smartphone tells us something about how you live your life,

Так же, как ваш смартфон говорит о том, как вы проживаете жизнь,

your lifestyle,

какой у вас образ жизни,

reading the genome of a Prochlorococcus cell

изучая геном клетки Prochlorococcus

tells us what the pressures are in its environment.

мы можем выяснить, чего недостаёт в её среде обитания.

It's like reading its diary,

Это подобно личному дневнику,

not only telling us how it got through its day or its week,

который рассказывает не только как проходят дни, недели,

but even its evolutionary history.

но даже историю эволюции.

As we studied -- I said we've sequenced hundreds of these cells,

По мере изучения — как я говорила, мы секвенировали сотни таких клеток

and we can now project

и сейчас можем представить,

what is the total genetic size --

что из себя представляет генетический объём,

gene pool --

или генофонд,

of the Prochlorococcus federation, as we call it.

федерации Prochlorococcus.

It's like a superorganism.

Это похоже на суперорганизм.

And it turns out that projections are

Согласно нашим прогнозам,

that the collective has 80,000 genes.

федерация Prochlorococcus содержит 80 000 генов.

That's four times the size of the human genome.

Это в четыре раза больше человеческого генома.

And it's that diversity of gene pools

В этом и заключается их разнообразие,

that makes it possible for them

что позволяет им

to dominate these large regions of the oceans

доминировать во многих регионах океана

and maintain their stability

и поддерживать стабильность

year in and year out.

из года в год.

So when I daydream about Prochlorococcus,

Таким образом, когда я предаюсь мечтаниям о Prochlorococcus,

which I probably do more than is healthy --

в чём я, возможно, перебарщиваю...

(Laughter)

(Смех)

I imagine them floating out there,

я представляю их, плавающими себе,

doing their job,

выполняющими свою работу,

maintaining the planet,

поддерживающими планету,

feeding the animals.

кормящими животных.

But also I inevitably end up

Но также я неизбежно думаю о том,

thinking about what a masterpiece they are,

какие они мастера творения,

finely tuned by millions of years of evolution.

отточенные на протяжении миллионов лет эволюции.

With 2,000 genes,

Обладая 2 000 генов,

they can do what all of our human ingenuity

они могут делать то, до чего человеческий гений

has not figured out how to do yet.

до сих пор не додумался.

They can take solar energy, CO2

Они могут использовать солнечную энергию, углекислый газ

and turn it into chemical energy in the form of organic carbon,

и превращать их в химическую энергию в виде углеродных связей,

locking that sunlight in those carbon bonds.

закрепляя солнечный свет в этих углеродных связях.

If we could figure out exactly how they do this,

Если бы мы смогли понять, каким образом они это делают,

it could inspire designs

это вдохновило бы нас на разработку мер

that could reduce our dependency on fossil fuels,

по сокращению зависимости от горючих ископаемых.

which brings my story full circle.

На этом моя история делает полный оборот.

The fossil fuels that are buried that we're burning

На захоронение ископаемого топлива, которое мы сжигаем,

took millions of years for the earth to bury those,

Земле понадобились миллионы лет.

including those ancestors of Prochlorococcus,

Частью его являются предки Prochlorococcus,

and we're burning that now in the blink of an eye

которые мы сейчас сжигаем в мгновение ока,

on geological timescales.

по геологическим меркам времени.

Carbon dioxide is increasing in the atmosphere.

Уровень углекислого газа возрастает в атмосфере.

It's a greenhouse gas.

Это парниковый газ.

The oceans are starting to warm.

Океаны начинают нагреваться.

So the question is, what is that going to do

Возникает вопрос, что будет

for my Prochlorococcus?

с моими Prochlorococcus?

And I'm sure you're expecting me to say that my beloved microbes are doomed,

И я уверена, вы ожидаете, что я скажу, что мои любимые микробы обречены,

but in fact they're not.

но на самом деле это не так.

Projections are that their populations will expand as the ocean warms

По мере нагревания воды океана их популяция возрастёт

to 30 percent larger by the year 2100.

на 30 процентов к 2100 году.

Does that make me happy?

Радует ли это меня?

Well, it makes me happy for Prochlorococcus of course --

Я, разумеется, очень рада за Prochlorococcus,

(Laughter)

(Смех)

but not for the planet.

но не за планету.

There are winners and losers

Будут победители и проигравшие

in this global experiment that we've undertaken,

в этом огромном эксперименте, который мы проводим,

and it's projected that among the losers

и предполагается, что среди проигравших

will be some of those larger phytoplankton,

окажется более крупный фитопланктон,

those charismatic ones

один из тех харизматичных видов,

which are expected to be reduced in numbers,

чья популяция, скорее всего, сократится.

and they're the ones that feed the zooplankton that feed the fish

А они питают зоопланктон, который питает рыбу,

that we like to harvest.

которой с удовольствием питаемся мы.

So Prochlorococcus has been my muse for the past 35 years,

Таким образом, Pochlorococcus были моей музой последние 35 лет,

but there are legions of other microbes out there

но существуют целые армии микробов,

maintaining our planet for us.

поддерживающих нашу планету.

They're out there

Они существуют

ready and waiting for us to find them so they can tell their stories, too.

и ждут, когда мы их обнаружим, чтобы рассказать нам и свою историю.

Thank you.

Спасибо.

(Applause)

(Аплодисменты)