ПЕРСПЕКТИВЫ ПОИСКА ЖИЗНИ В ПОДЛЕДНИКОВОМ ОЗЕРЕ ВОСТОК

Цель исследования – обнаружить по отпечаткам ДНК микроорганизмы в замёрзшей воде (конжеляционном льду) подледникового озера Восток, погребённого под 4-километровым ледниковым щитом в Центральной Антарктиде. Образцы озёрного льда получены в результате глубокого бурения во льду (глубина 3769,3 м). Высокое давление, низкое содержание химических ионов и органического углерода, изоляция, полная темнота и вероятный избыток кислорода на протяжении миллионов лет характеризуют это экстремальное по свойствам озеро. Специальный деконтаминационный протокол был применён к образцам озёрного льда без каких-либо трещин для удаления внешней части керна льда, загрязнённого как людьми, так и промывочной жидкостью. При предварительных исследованиях данного льда установлено почти полное отсутствие какого-либо загрязнения. Проточная цитофлуорометрия показала очень низкую неравномерно распределённую биомассу, тогда как микроскопические наблюдения оказались безуспешными. В своей работы мы следовали правилам работы с Древней ДНК, которые включают в себя создание собственных баз контаминантов и выработку критериев для верификации результатов амплификации ДНК. До настоящего времени находки, которые преодолели все артефакты и прошли тест на сравнение с библиотекой контаминантов, относятся к трём филотипам (видам) бактерий, выявленных лишь в образцах озёрного льда с минеральными включениями (тип I). Это – хемолитоавтотрофный термофил Hydrogenophilus thermoluteolus и два неидентифицированных филотипа. В совокупности с геохимическими и геофизическими предположениями полученные результаты указывают на существование биосферы, выживающей в глубоких активных разломах в окружении подледникового озера, где температура может быть 50 ^оС и водород, вероятно, присутствует.

В целом наш подход свидетельствует, что поиск жизни в подледниковом озере Восток осложнён высокой вероятностью загрязнения чужеродной микрофлорой. Стратегия поиска предусматривает строгие деконтаминационные процедуры и тщательное «отслеживание» контаминантов на каждой ступени исследования с учётом геофизических и экологических особенностей озера. Это может помочь в выработке направлений при последующем биологическом изучении образцов воды как подледникового озера Восток, так и других подледных водоёмов, вероятно существующих на ледяных планетах и лунах нашей Солнечной системы.

1. Lipenkov V.Ya., Lukin V.V., Bulat S.A., Vasiliev N.I., Ekaykin A.A., Leychenkov G.L., Masolov V.N., Popov S.V., Savatyugin L.M., Shibaev Yu.A. Total of study Vostok subglacial Lake in the period of IPY. Vklad Rossii v Mezhdunarodny polyarnyi god. Polyarnaya kriosfera i vody sushi. Input of Russia in the International Polar Year. Polar Cryosphere and land water. Moscow: Paulsen, 2011: 17–47. [In Russian].

2. Masolov V.N., Lukin V.V.,Sheremetiev A.N., Popov S.V. Geophysical investigations of the subglacial Lake Vostok in the East Antarctica. Doklady Akademii Nauk. Proc. of the Academy of Sciences. 2001, 379 (5): 680–685. [In Russian].

3. Abyzov S., Mitskevich I., Poglazova M., Barkov N., Lipenkov V., Bobin N., Koudryashov B., Pashkevich V., Ivanov M. Microflora in the basal strata at Antarctic ice core above the Vostok lake. Adv. Space Res. 2001, 28: 701–706.

4. Alekhina I., Marie D., Petit J.-R., Lukin V., Zubkov V., Bulat S. Molecular analysis of bacterial diversity in kerosene-based drilling fluid from the deep ice borehole at Vostok, East Antarctica. FEMS Microbiol. Ecol. 2007, 59: 289–299.

5. Bell R.E., Studinger M., Tikku A.A., Clarke G.K.C., Guther M.M., Meertens C. Origin and fate of Lake Vostok water frozen to the base of the East Antarctic ice sheet. Nature. 2002, 416: 307–310.

6. Bo S., Siegert M.J., Mudd S.M., Sugden D., Fujita S., Xiangbin C., Yunyun J., Xueyuan T., Yuansheng L. The Gamburtsev mountains and the origin and early evolution of the Antarctic Ice Sheet. Nature. 2009, 459: 690–693.

7. Bulat S., Alekhina I., Blot M., Petit J.-R., de Angelis M., Wagenbach D., Lipenkov V., Vasylieva L., Wloch D., Raynaud D., Lukin V. DNA signature of thermophilic bacteria from the aged accretion ice of Lake Vostok, Antarctica: implications for searching for life in extreme icy environments. Intern. Journ. Astrobiol. 2004, 3: 1–7.

8. Bulat S., Alekhina I., Lipenkov V., Lukin V., Marie D., Petit J.-R. Cell concentrations of microorganisms in glacial and lake ice of the Vostok ice core, East Antarctica. Microbiology. 2009, 78: 808–810.

9. Christner B., Royston-Bishop G., Foreman C., Arnold B., Tranter M., Welch K., Lyons B., Tsapin A., Studinger M., Priscu J. Limnological conditions in Subglacial Lake Vostok, Antarctica. Limnol. Oceanogr. 2006, 51: 2485–2501.

10. De Angelis M., Petit J.-R., Savarino J., Souchez R., Thiemens M.H. Contribution of an ancient evaporitic-type reservoir to Lake Vostok chemistry. Earth Planetary Science Letters. 2004, 222: 751–765.

11. D’Elia T., Veerapaneni R., Rogers S.O. Isolation of microbes from Lake Vostok accretion ice. Appl. Environ. Microbiol. 2008, 74: 4962–4965.

12. Kapitsa A.P., Ridley J.K., Robin G.Q., Siegert M., Zotikov I. A large deep freshwater lake beneath the ice of central East Antarctica. Nature. 1996, 381: 684–686.

13. Lavire C., Normand P., Alekhina I., Bulat S., Prieur D., Birrien J.L., Fournier P., Hanni C., Petit J.-R. Presence of Hydrogenophilus thermoluteolus DNA in accretion ice in the subglacial Lake Vostok, Antarctica, assessed using rrs, cbb and hox. Environ. Microbiol. 2006, 8: 2106–2114.

14. Lipenkov V.Ya., Istomin V.А. On the stability of air clathrate-hydrate crystals in subglacial lake Vostok, Antarctica. Materialy Glyatsiologicheskikh Issledovaniy. Data of Glaciological Studies. 2001, 91: 138–149.

15. Masolov V.N., Popov S.V., Lukin V.V., Sheremet’ev A.N., Popkov A.M. Russian geophysical studies of Lake Vostok, Central East Antarctica. Antarctica – Contributions to Global Earth Sciences. Eds. D.K. Futterer, D. Damaske, G. Kleinschmidt, H. Miller, F. Tessensohn. Berlin-Heidelberg: Springer, 2006: 135–140.

16. Matsumoto A., Kasai H., Matsuo Y., Omura S., Shizuri Y., Takahashi Y. Ilumatobacter fluminis gen. nov., sp. nov., a novel actinobacterium isolated from the sediment of an estuary. Journ. Gen. Appl. Microbiol. 2009, 55: 201–205.

17. McKay C.P., Hand K.P., Doran P.T., Andersen D.T., Priscu J.C. Clathrate formation and the fate of noble and biologically useful gases in Lake Vostok, Antarctica. Geophys. Research Letters. 2003, 30: 35-1–35-4.

18. Oswald G.K., Robin G.Q. Lakes beneath the Antarctic Ice Sheet. Nature. 1973, 245: 251–254.

19. Petit J.-R., Jouzel J., Raynaud D., Barkov N.I., Barnola J.M., Basile I., Bender M., Chappellaz J., Davisk M., Delaygue G., Delmotte M., Kotlyakov V.M., Legrand M., Lipenkov V.Y., Lorius C., Pepin L., Ritz C., Saltzmank E., Stievenardet M. Climate and atmospheric history of the past 420, 000 years from the Vostok ice core, Antarctica. Nature. 1999, 339: 429–436.

20. Petit J.-R., Alekhina I., Bulat S. Lake Vostok, Antarctica: Exploring a subglacial lake and searching for life in an extreme environment. Lectures in astrobiology, series: advances in astrobiology and biogeophysics. Eds. M. Gargaud, B. Barbier, H. Martin, J. Reisse. Berlin-Heidelberg: Springer, 2005, I: 227–288.

21. Preunkert S., Legrand M., Stricker P., Bulat S., Alekhina I., Petit J.-R., Hoffmann H., May B., Jourdain B. Quantification of Dissolved Organic Carbon at very low levels in natural ice samples by a UV induced oxidation method. Environ. Sci. and Technologies. 2011, 45: 673–678.

22. Priscu J.C., Adams E.E., Lyons W.B., Voytek M.A., Mogk D.W., Brown R.L., McKay C.P., Takacs C.D., Welch K.A., Wolf C.F., Kirshtein J.D., Avci R. Geomicrobiology of subglacial ice above Lake Vostok, Antarctica. Science. 1999, 286: 2141–2144.

23. Ridley J.F., Cudlip W., Laxon S. Identification of sub glacial lakes using ERS-1 radar altimeter. Journ. of Glaciology. 1993, 39: 625–634.

24. Siegert M.J., Carter S., Tabacco I., Popov S., Blankenship D.D. A revised inventory of Antarctic subglacial lakes. Antarctic Science. 2005, 17: 453–460.

25. Studinger M., Bell R.E., Karner G.D., Tikku A.A., Holt J.W., Morse D.L., Richter T.G., Kempf S.D., Peters M.E., Blakenship D.D., Sweeney R.E., Rystrom V.L. Ice cover, landscape setting, and geological framework of Lake Vostok, East Antarctica. Earth Planetary Science Letters. 2003, 205: 195–210.

26. Wingham В.J., Siegert M.J., Shepherd A., Muir A.S. Rapid discharge connects Antarctic subglacial lakes. Nature. 2006, 440: 1033–1036.