Исследования метана на Земле могут помочь в поиске инопланетной жизни в нашей Солнечной системе

На Земле огромное количество метана заключено в белые клетки, похожие на химические структуры. Эти отложения в основном встречаются в вечно замороженных полярных регионах, а также на морском дне, но главное здесь то, что они не характерны только для нашей планеты. Подобные резервуары, как известно, существуют на телах по всей Солнечной системе — от планет и их спутников до проносящихся мимо комет. 

И хотя ученые считают, что такие отложения в конечном итоге влияют на состав океанских вод и атмосфер этих миров, остается открытым вопрос, возникают ли они в результате биологических процессов. Многие эксперты уже давно задаются вопросом, как эти метановые клетки остаются стабильными в условиях высокого давления океанской воды. 

Теперь группа исследователей, изучающая одно из этих месторождений метана, собранное со дна моря у побережья Орегона, обнаружила ранее неизвестный класс белков, который, по-видимому, играет важную роль в стабилизации структуры месторождений. Исследование было опубликовано в журнале PNAS Nexus.

«Мы хотели понять, как эти образования оставались стабильными под морским дном и какие именно механизмы способствовали их стабильности», — говорит соавтор исследования профессор Дженнифер Гласс из Технологического института Джорджии. «Это то, чего еще никто не делал».

На Земле твердые ледоподобные отложения, известные как клатраты метана, образуются, когда микроорганизмы в океанских водах преобразуют органические материалы, такие как остатки планктона, в метан, который затем попадает в клетки. Эти залежи со временем превращаются в газ и поднимаются вверх. Во время этого процесса различные организмы начинают питаться метаном. В конечном итоге химическое вещество выбрасывается в атмосферу. Но в таких регионах, как Арктика, где вода нагревается быстрее, чем на остальной части планеты, большое количество метана уходит из океанских вод до того, как биологические сообщества успевают его употребить. 

«Эти глубинные микробы кодируют гены, которые отличаются от генов, обнаруженных на поверхности Земли», — объясняет Гласс. «Этот проект дает нам возможность раскрыть стратегии выживания микробов в экстремальных условиях, понять роль микробов в судьбе метана в гидратных резервуарах и расширяет наши исследовательские возможности».

Чтобы лучше понять клатраты метана, исследователи нового исследования определили гены белков, присутствующих в отложениях. Затем белки были воссозданы в лаборатории для дальнейшего анализа. Чтобы проверить эти белки, команда также произвела в лаборатории клатраты метана, воссоздав высокое давление и низкую температуру, наблюдаемые на морском дне. Согласно новому исследованию, уникальная барокамера, имитирующая условия морского дна, была построена с нуля и использовалась для измерения количества газа, потребляемого клатратом за определенное время, что дает представление о том, как быстро он формируется.

Результаты показали, что класс белков, называемых бактериальными клатратсвязывающими белками (CbpAs), влияет на рост клатрата, напрямую взаимодействуя с его структурой. По словам ученых, белки с антифризными характеристиками, подобные тем, которые помогают рыбам выживать при более низких температурах, стабилизировали структуру клатрата. 

«Нам так повезло, что это действительно сработало, потому что, хотя мы выбрали эти белки на основе их сходства с белками-антифризами, они совершенно разные», — говорит Эбигейл Джонсон из Университета Джорджии. «В природе у них схожая функция, но они осуществляются через совершенно другую биологическую систему, и я думаю, что это действительно волнует людей».

Предыдущие исследования показали, что в других частях Солнечной системы метан на Марсе возникает в результате гидротермальных реакций. 

Ученые полагают, что на Титане, крупнейшем спутнике Сатурна, газ возник из его строительных блоков со времен ранней Солнечной системы. Спутник Сатурна Энцелад и Европа Юпитера, возможно, в настоящее время лучшие места для поиска жизни, как полагают, также содержат клатраты метана. 

Результаты нового исследования показывают, что если микробы существуют в других мирах, они могут создавать аналогичные молекулы для создания и стабилизации клатратов метана, что, в свою очередь, влияет на состав океанских вод и атмосфер этих миров. 

Таким образом, чтобы найти инопланетную жизнь, возможно, нам придется пойти по следу клатрата метана.