Кто живёт в вечной мерзлоте? Чем эти существа отличаются от тех, что живут на поверхности? Могут ли они быть опасными или, наоборот, полезными для нас с вами? На эти вопросы отвечает Сергей Петров, доктор медицинских наук, профессор, руководитель отдела биоресурсов криосферы ФГБУ ФИЦ Тюменского научного центра Сибирского отделения РАН.

— Сергей Анатольевич, что интересного для учёных есть в вечной мерзлоте?

Зона многолетней мерзлоты. Юго-западное побережье Восточно-Сибирского моря, Омуляхская и Хромская губа, Снимок со спутника. Источник: Jesse Allen, Robert Simmon, NASA Earth Observatory, Wikimedia Commons, PD

— Вечная мерзлота состоит из биотической и абиотической составляющей. Биотическая составляющая – это живое, и ей долгое время не уделяли должного внимания. В основном вечную мерзлоту изучала физика, химия, геология. Но когда ёе стали изучать более пристально, обнаружили, что в вечной мерзлоте есть бактерии. Вот их мы изучаем в нашем отделе уже двадцать лет.

— А раньше считалось, что там не может быть никакой жизни?

— Считалось, что там что-то есть, но эти микроорганизмы там законсервированы, то есть находятся в абиотическом состоянии, в спорах. Когда мы стали это изучать, оказалось, что они прекрасно себя чувствуют и находятся в вегетативной форме. Иначе говоря, они там живут, в этих жёстких условиях окружающей их среды. Они определённым образом адаптировались к условиям низкой температуры, где нет света и пищи. Но все живые организмы без исключения не могут находиться без воды.

— То есть, они могут ничего не есть, но им надо пить?

— Если точнее, им нужна вода – среда, где они могут жить. А там минусовая температура, когда в обычных условиях вода замерзает. Лёд – это плотное состояние, во льду жить нельзя. Почему существует проблема консервирования в жидком азоте человека или других живых организмов? Вода превращается в кристаллы и разрушает клетку. Можно заморозить, но потом восстановить оттаявший организм – уже проблема.

— Как же они выкручиваются?

— Они начали вырабатывать криопротектор. В результате этого в вечной мерзлоте появляются так называемые жилы, где вода не замерзает, и именно там эти бактерии обитают. На электронной микроскопии мы четко показали эти жилы, где вода находится в жидком состоянии.

— А как им это удаётся?

— Криопротекторы – поверхностно активные вещества, которые не дают воде замерзнуть. Они снижают температуру её замерзания. В эксперименте нами было показано, что вода оставалась жидкой при температуре даже при -20. Бактерии за миллионы лет эволюции научились вырабатывать эти криопротекторы в организме и выделять их наружу. Это не столько эволюционной, сколько адаптационный механизм, позволяющий бактериям выживать в вечной мерзлоте, мигрировать по этим жидким жилам. У них есть специальные жгутики, с помощью которых они передвигаются. Это уникальный механизм.

— Мы знаем, что вокруг нас огромное количество бактерий, даже в нашем организме. Чем же интересны вечномерзлотные бактерии?

— Да, в нас живет два с половиной килограмма прокариот. Бактерии из вечной мерзлоты интересны тем, что содержат древний генетический код. Вся жизнь на Земле зародилась с бактерий, которые запустили эволюцию и дали жизнь многоклеточным. Для этого они не пренебрегают даже каннибализмом: живя в водяных жилах мерзлоты, они могут поедать друг друга, чтобы поддерживать свою популяцию.

Заведующий отделом биоресурсов криосферы ТюмНЦ СО РАН Сергей Петров. Фото Н. Лесковой.

— Это их единственная пища?

— Там есть органика, но в небольшом количестве. Хотя, чем глубже они находятся, тем органики меньше. Разнообразие бактерий тоже падает, хотя мы в вечной мерзлоте обнаружили всех предшественников современных бактерий. Они содержат только ядро без оболочек, которое несёт ДНК, а в многоклеточных, как мы знаем, есть две ДНК: одна – в ядре, другая – в митохондриях. Так вот, оказалось, что одна бактерия дала начало митохондриальной ДНК при поедании друг друга, а другая – ядерную.

— Значит, мы от них и произошли?

— Да. Они – наши очень далекие предки, которые появились миллиарды лет назад, и в результате этого слияния образовалась так называемая стволовая клетка. Недаром, когда мы изучаем свойства стволовых клеток человека и бактериальных клеток, видим очень много схожего. С этой точки зрения как раз бактериальные клетки из мерзлоты очень интересны. Они помогают нам понять, как двигалась эволюция. Вечная мерзлота – это кладезь информации о том, как зарождалась жизнь.

— Сколько на данный момент вы насчитали там видов бактерий?

— В нашей коллекции сейчас где-то порядка двухсот различных штаммов бактерий. Это предшественники практически всех современных бактерий, но есть и такие, которые обитают только там. Если генетический код штамма отличается от уже известных более чем на три процента, это уже новый вид. Все бактерии, которые мы депонировали во всероссийской промышленной коллекции микроорганизмов, – это новые виды. При этом, если брать все бактерии на Земле, изучено не более одного процента. Даже современные виды, которые находятся рядом с нами, для нас во многом представлют белые пятна.

— Как же с помощью этих палеобактерий можно изучать феномен жизни?

— Наш отдел стал пионером изучения биологических свойств бактерий, обитающих в вечной мерзлоте. Мы первыми стали изучать вопрос, как они влияют на современную экосистему. На каких только объектах мы этот вопрос не изучали! Они очень хорошо культивируются – не требуются какие-то особые условия в сравнении с тем, где они жили.

— А вдруг это опасно для современной жизни?

— Есть и опасные, патогенные бактерии. Все эти вопросы мы изучали. Например, более 40 процентов из них относятся к роду Bacillus, к нему же относится сибирская язва. Этого опасного возбудителя у нас, слава богу, не обнаружено, хотя лет шесть-семь назад на Ямале олени в большом количестве гибли от сибирской язвы. Но, скорее всего, это были бациллы с поверхности, не с глубины. Конечно, нужно ко всему относиться с осторожностью. У нас были бактерии, которые обладали иммуномодулирующими свойствами, а были такие, которые, наоборот, подавляли иммунитет. И то, и другое может быть использовано в фармакологии. Мы проверяли это на первичных культурах клеток: брали клетки белой крови, лейкоциты, и добавляли туда палеобактерии, смотрели, как себя чувствуют клетки человека. Потом проводили опыты на лабораторных мышах: им вводили внутрь брюшины и смотрели, чтобы сепсиса не было.

— Какие выявили побочные явления?

— Каких-то серьёзных мы не обнаружили. Мы делали мышам ранки на коже и обрабатывали их бактериями – заживление шло процентов на 20 быстрее, чем когда мы параллельно обрабатывали известными репаративными мазями из аптеки. Мы изучали эти вопросы также в геронтологическом плане: вводили мышкам наши бактерии и смотрели продолжительность жизни, самочувствие. Самое интересное: у нас же заложен «код дожития» до определённого возраста. Мыши живут где-то до трёх лет, это соответствует нашему возрасту порядка 70-80 лет. В обычной жизни происходит бимодальное распределение дожития до определённого возраста, когда умирает часть популяции. Эта функция имеет дугообразную форму. У них же было не дугообразное распределение: всё двигалось по нарастающей, а потом резко обрывалось, то есть они практически все дожили до трёх лет и в один момент погибли. Это говорит о дожитии и качестве жизни.

Младший научный сотрудник отдела биоресурсов криосферы ТюмНЦ СО РАН Максим Нарушко за работой на просвечивающем электронном микроскопе. Фото Н. Лесковой.

— То есть, они не старели, но жили столько же?

— Да. Никто в год или в два не умирал. Причём одна мышь перед смертью успела забеременеть и родить. Обычно такого не случается. Потом мы проводили опыты на цыплятах: брали цыплят-бройлеров и выпаивали водной суспензией из этих бактерий. Получилось интересно: одни бактерии активировали правое полушарие, а другие, наоборот, левое. Мы же знаем, что правое полушарие у нас отвечает за эмоциональную сферу, а левое – умственное, логическое, математическое мышление.

— Значит, если нам надо решить сложную математическую сложную задачу, надо применить те бактерии, которые стимулируют умственную деятельность, и наоборот: хотим стихи сочинить – приняли другую бактерию?

— Да, это так называемые психобиотики. Причём у наших подопытных цыплят стрессоустойчивость увеличивалась и даже росла биомасса.

— Интересно, а почему эти бактерии, которые вы извлекаете из вечной мерзлоты, обладают такими свойствами?

— На этом примере мы видим, какие свойства могут быть у бактерий вообще. Почему у нас два с половиной килограмма бактерий? Они нам нужны, особенно в кишечнике: они вырабатывают определённые биологически активные вещества, которые действуют на все наши системы и органы, даже на психику. Мы говорим, что потенциал современных микроорганизмов был заложен изначально. Это не то, что сейчас образовалось, это существует с древности. Мы с вами появились и сформировались благодаря тому, что существовали эти механизмы. Мы же без бактерий не проживём даже дня.

— Хотя многие считают, что бактерии – это что-то плохое, ненужное.

— Да, и нужно с ними бороться. Вы же прекрасно помните, когда в родильных домах, не успел ребёнок родиться, его отрывали от матери и приносили только на кормление. А какие были санитарно-эпидемиологические режимы! У меня был знакомый эпидемиолог – когда ребёнок рождался, он дверь завешивал простыней, смоченной в хлорке: не дай бог, какая-нибудь бактерия пролезет! Было такое, причем в историческом времени совсем недавно – 20 лет назад. Сейчас общеизвестно, что бактерии нам жизненно необходимы.

— Но ведь среди бактерий есть и болезнетворные, которые вызывают тяжёлые инфекционные заболевания.

— Здесь многое зависит от иммунитета человека. Бактерии не стремятся вас убить, чтобы дом, где они живут, «сгорел». Бактерии всё делают, чтобы хозяин остался жить, потому что иначе им нечем будет питаться и негде размножаться. Они делают это, чтобы укрепить иммунную систему. Другое дело, что не всякая иммунная система с этим справляется. Так же и вирусы. Недавняя история с коронавирусом это подтверждает. Поэтому даже отрицательные моменты нужно использовать в нужном направлении. Возьмём тот же атом: его можно использовать как грозное оружие, а можно в мирных целях. Да, есть бактерии, которые давят размножение клеток, не дают развиваться. Но их тоже можно использовать – допустим, при онкологических заболеваниях, когда злокачественная клетка начинает неудержимо развиваться, и с помощью таких бактерий или вирусов можно подавлять рост опухолевого процесса. Это уже делается, есть такие разработки.

— Но каким образом ваши палеобактерии оттаивают, оказываясь на поверхности?

— В результате современного техногенеза и глобального изменения климата. При этом тоже происходит очень интересный процесс. Когда появляются благоприятные условия, вегетативные формы бактерий каким-то образом сообщают тем, которые находятся в спорах, что можно просыпаться: начинается праздник. Мы пока не знаем, как работают их сигнальные системы, каков «язык общения» бактерий: это вопрос дальнейшего изучения.

На экране палеобактерии из вечной мерзлоты. Фото Н. Лесковой.

— Выходит, у них там, в вечной мерзлоте, гармония, а у нас на поверхности – постоянные битвы и катаклизмы? Получается, они нас превзошли в своей организации?

— Они дали нам эту организацию. Но наши условия – экологические, климатические – изменили современные бактерии. Они стали агрессивнее. Бактерии очень быстро размножаются и адаптируются, меняют свое поведение, придумывают новые стратегии выживания. При этом мы считаем, что мы самые крутые. На самом деле это не так: человеком управляют бактерии. Они древнее, разнообразнее. Они дали нам жизнь. И они повсюду, а мы нет. Они в вечной мерзлоте, на космических кораблях, в вулканах, на глубине Мирового океана, где гигантские давления и температуры. Они вездесущи. Белок, если температура больше 40 градусов, сворачивается. Мы, если температура 40 градусов, начинаем пить жаропонижающее, потому что это угрожающее жизни состояние. А у них +70 ^ͦ С, +100 ^ͦ С и выше, а ничего не сворачивается.

— Вы сказали, что двадцать лет изучаете эти мерзлотные организмы – чему они вас научили?

— Лучше понимать жизнь и философски к ней относиться.

— А чем они вас удивили?

— Они постоянно удивляют. Недавно мы проводили опыт вместе с Пензенским университетом архитектуры и градостроительства: добавляли в цемент при замешивании бетона наши бактерии. Крепость бетона через сутки увеличилась на 20%. А через 72 часа уже на 35% – они стали прочнее на излом и сгиб. Это особенно важно для нашей холодной страны, для арктических регионов – строительства зданий, дорог, других конструкций.

— Получается, рядом с нами – огромный, удивительный мир, который мы практически не знаем и не используем так, как надо?

— Вместо этого мы с ними боремся, считаем, что бактерии – это что-то страшное. Поедаем антибиотики, к которым уже выработалась резистентность, и не понимаем, что плюсов может быть намного больше. Вот вам ещё пример: мы выращивали пшеницу в холодильнике, где плюс пять градусов, и добавляли туда наши палеобактерии. Те семена, куда не добавляли, почти не развивались, потому что там холодно, а с бактериями пшеница начинала нормально расти. Также оказалось, что бактерия может стимулировать рост пшеницы на засоленных почвах, что для Тюмени очень актуально: у нас большой процент засоленности.

— Кстати, о засоленности тюменских почв: знаю, что у вас много горячих геотермальных источников. Люди даже ездят к ним лечиться, принимают горячие ванны. Откуда они взялись?

— Да, туризм в Тюменской области активно развивается, люди со всей Сибирои даже едут сюда в отпуск. Когда стали искать нефть, то первые скважины бурили вокруг Тюмени. Нефть не нашли, но добурились до геотермальных скважин. Это территория от Казахстана и до Карского моря. В древности тут было море, сейчас оно называется Западно-Сибирское. В результате геологических процессов оно погрузилось на глубину. Если возле Казахстана оно залегает на глубине порядка 500 метро, то в районе Тюмени – уже полтора километра до этих горячих источников, на Карском море – порядка двух с половиной. Причём самое интересное, что эта вода залегает под шапкой вечной мерзлоты. Это так называемые палеоводы, или древние воды, их температура +50-60 градусов, на выходе – +40 ^ͦ С. По микроэлементам у них уникальное сбалансированное содержание. Они тоже содержат бактерии – мы их обнаружили и выделили, сейчас приступили к их изучению. Эта вода считается высокоминерализованной, когда содержание минералов гораздо выше, чем в других термальных водах.

— Но ведь наверняка принимать такие горячие ванны не всем и не всегда полезно?

— Тут вы правы. Бальнеологические исследования, к сожалению, у нас практически не проводятся. Сейчас эти источники используются как развлечение, без медицинского контроля. Это, конечно, неправильно. Принимать ванны полезно по многим показаниям, но делать это нужно с умом. Я считаю, в Тюмени надо строить санатории, где все эти процедуры проводились бы под наблюдением врачей, а не так, как это происходит сейчас: пришёл, заплатил и сиди в горячей воде хоть два часа – никто тебе слова не скажет. Биоресурс этих вод очень высок, их можно использовать и в медицине, и в сельском хозяйстве для создания удобрений, поэтому мы считаем, что их надо обязательно изучать и использовать. Всё это относится в целом к науке о палеобактериях, которая сейчас только зарождается.

Материал подготовлен в рамках Фестиваля идей имени Менделеева, проходившем с 6 по 9 февраля 2025 года в городе Тобольске. Организатор фестиваля – проект «Книги в городе» при поддержке Администрации города Тобольска и компании «Сибур».