Глубоководные креветки в темных глубинах Тихого океана. Источник: NOAA
Тысячи генов глубоководных морских обитателей используются для создания новых коммерческих продуктов, от фармацевтических препаратов до косметики. Гены — это сегменты ДНК, которые содержат инструкции по созданию других молекул, необходимых для структуры и функционирования живых организмов.
В статье, которую мы недавно опубликовали вместе с другими коллегами, мы исследовали, как биоразведка — поиск и обнаружение потенциальных продуктов из животных, растений и микробов — может служить менее разрушительной альтернативой глубоководной добыче.
Примечательно, что все крупнейшие компании, использующие морские гены, в той или иной степени получали их от глубоководных организмов. Глубоководные животные обладают уникальными генами, которые позволяют им жить в среде, непохожей ни на что другое на Земле, с ее сильным холодом, сокрушительным давлением и полной темнотой.
Что это за организмы? Большинство из них — микробы, которые развивались в течение миллионов лет, чтобы процветать в экстремальных условиях. Среди наиболее уникально адаптированных — те, что находятся вокруг гидротермальных источников, где богатая минералами морская вода, перегретая магмой, извергается из трещин на дне океана.
Глубоководные ферменты, тип молекул, кодируемых генами организмов, которые живут в экстремальных условиях, стабильны в условиях, в которых другие ферменты часто не могут функционировать. Их способность катализировать химические реакции под высоким давлением и в широком диапазоне температур делает их коммерчески ценными для производства промышленных и потребительских товаров, включая лекарства, продукты питания, моющие средства и биотопливо.
Биоразведка в глубоком море
Один из замечательных примеров касается бактерий, которые живут в очень соленой среде обитания. Этот микроб был выделен из морских отложений, собранных на глубине 1050 метров около хребта Ихея, в 130 километрах от острова Ихея, Япония.
Было показано, что один из его ферментов усиливает преобразование сельскохозяйственных отходов в глюкозу, помогая расщеплять целлюлозу на легкоразлагаемую пульпу. Это важный шаг для преобразования биомассы в этанол, возобновляемое биотопливо.
Другой фермент, извлеченный из бактерии, которая существует при чрезвычайно высоких температурах, оказался весьма эффективным в полном удалении лактозы из молока.
Некоторые организмы способствуют нескольким изобретениям, как, например, глубоководный червь, найденный на глубине 2625 метров в гидротермальном источнике на Восточно-Тихоокеанском поднятии, примерно в 600 км от побережья Мексики. Червь был носителем бактерии, которая производит молекулу, которая была использована для разработки крема для кожи, поскольку она помогает сделать кожу менее восприимчивой к повреждениям от солнца и загрязнения. Необычная способность этой бактерии жить при температурах выше 100 °C также сделала ее модельным организмом для преодоления перегрева в малых спутниках на орбите Земли.
Конкреции на морском дне. Фото: Абрамакс/Википедия, CC BY-SA
Это всего лишь несколько примеров из более чем 16 000 белков, полученных из глубоководных видов и используемых в технологиях, каталогизированных в этой базе данных.
Потенциал инноваций, получаемых из глубоководных видов, еще не полностью изучен. По состоянию на 2024 год была нанесена на карту только четверть морского дна, а большинство глубоководных видов остаются необнаруженными.
Опасности добычи полезных ископаемых
Но существенная роль глубоководной жизни в функционировании систем Земли может быть гораздо больше, чем считалось ранее.
Недавно исследователи обнаружили необычно высокую концентрацию кислорода на дне Тихого океана, называемого «темным кислородом». Этот кислород может вырабатываться путем электролиза — когда электрический ток разделяет воду на водород и кислород.
Где на дне океана может генерироваться электрический заряд? Возможно, на поверхности полиметаллических конкреций, скалоподобных образований, состоящих из множества различных металлов, которые могут создавать разницу в электрическом потенциале при взаимодействии с морской водой. На образование этих металлов влияет деятельность микробов, живущих на них, что, в свою очередь, влияет на химические свойства окружающей среды. Производство темного кислорода может быть жизненно важным для дыхания других видов, живущих в океане, где нет солнечного света.
К сожалению, глубоководные экосистемы находятся под угрозой из-за добычи полезных ископаемых на морском дне. Полиметаллические конкреции считаются потенциальными ресурсами для марганца, никеля и редкоземельных элементов — материалов, используемых для производства электроники и компьютеров. Зона Кларион-Клиппертон, тихоокеанский регион, где недавно был обнаружен темный кислород, уже разделена на 16 горнодобывающих заявок.
Исследователи и активисты предупреждают, что глубоководная добыча может нанести серьезный ущерб морским экосистемам, и подчеркивают отсутствие научного консенсуса относительно долгосрочных последствий этих операций. После нарушения эволюционная история, которую представляют эти экосистемы, может быть потеряна навсегда.
Международный орган по морскому дну контролирует управление горнодобывающей деятельностью в международных водах. Хотя он еще не разрешал какую-либо коммерческую добычу, он столкнулся с критикой за то, что якобы игнорирует экологические проблемы. Недавние выборы нового генерального секретаря ISA Летисии Карвальо открывают возможность защитить жизненно важные районы мирового океана, имеющие решающее значение как для природы, так и для благополучия человека.
Мы должны переосмыслить истинную ценность глубоководных районов и учесть, что их потеря может означать для остального мира.
Предоставлено The Conversation
