Доступ к воде — обязательное условие жизни на нашей планете. Живые организмы имеют приспособления для ее эффективного поиска, тщательного извлечения и формирования внутренних запасов, но не могут адаптироваться к ее полному отсутствию. Именно поэтому вызывают большой интерес жизненные стратегии в жарких пустынях, где вода в любом ее виде практически отсутствует.

Атакама — одна из наиболее засушливых пустынь Земли, которая используется учеными как одна из тестовых систем для моделирования условий Марса и изучения возможности существования жизни на нем. В образцах почвы и горных пород Атакамы было обнаружено значительное разнообразие микроорганизмов: цианобактерии, актиномицеты, хлорофлексыи протеобактерии, однако механизмы, благодаря которым они способны извлекать воду из сухих пород, долгое время оставались неизвестными.

Вей Хуан (Wei Huang) из Калифорнийского университета в Риверсайде и его коллеги исследовали образцы гипсовой породы, отобранной в пустыне Атакама. С помощью компьютерной томографии они обнаружили эндолитические колонии цианобактерий внутри гипса.

В полевых условиях был отмечен переход части гипса (CaSO4 · 2H2O), окружавшего колонии, в его безводную форму — ангидрит (CaSO4). Ученые провели модельный эксперимент в лабораторных условиях, чтобы убедиться в причастности микроорганизмов к процессу выветривания и описать его механизм. Для этого они наблюдали за культивацией колоний цианобактерий на гипсовом субстрате в течение 30 дней, используя два вида условий — изоляцию от влаги и поступлением влаги из воздуха в помещении.

В сухих условиях культивации авторы исследования с помощью рамановской спектроскопии зафиксировали процессы растворения гипса кислыми выделениями цианобактерий с освобождением молекул воды и дальнейшей перекристаллизации гипса в ангидрит:

Схема извлечения воды из гипса цианобактериями: сначала на минерале образуется живая пленка, представляющая собой колонию; затем следует выделение кислых метаболитов, которые растворяют гипс; из него высвобождается вода, которая включается в микробный метаболизм, а гипс перекристаллизуется в безводную форму — ангидрит.

Wei Huang et al. / Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020

При этом в более влажных условиях такая трансформация не происходила: цианобактерии получали воду, необходимую для метаболизма, из воздуха. Это указывает на то, что ее извлечение из минералов является не основной жизненной стратегией для цианобактерий, а лишь адаптацией на случай экстремальных засух. Ученые надеются, что новые данные о приспособлениях микробов к жизни в пустыне помогут в изучении жизни на Марсе.

Ученые давно используют жизненные адаптации обитателей пустынь в практических целях: так, на основе знаний об ориентации пустынных муравьев в пространстве по количеству шагов и оптическому потоку (скорости движения поверхности относительно сетчатки того, кто перемещается) они разработали навигационную систему для роботов.