Маленький червь, идентифицированный как Halicephalobus mephisto, найденный в золотой шахте в Южной Африке, изменил научное представление о пределах жизни на планете. Это животное было каталогизировано в 2011 году как первый известный нематода, обитающий в столь глубоких слоях земной коры.
Открытие началось в 2008 году, когда исследователи проанализировали тысячи литров грунтовых вод, извлеченных из пород, расположенных примерно в 1,3 км под поверхностью. Это исследование показало, что сложные экосистемы могут процветать в средах, характеризующихся темнотой, теплом и минимальным взаимодействием с поверхностью.
Анализ этого «дьявольского червя» показал, что некоторые формы жизни способны выживать, не завися от прямого солнечного света или богатой кислородом атмосферы. Эти результаты принесли новые взгляды на способность живых существ к адаптации и на условия окружающей среды, поддерживающие существование жизни.
На протяжении многих десятилетий преобладающим убеждением среди биологов было то, что животная жизнь испытывала бы трудности на больших глубинах; до 1980-х годов основная гипотеза предполагала, что уже через несколько сантиметров под поверхностью существует предел для более сложных организмов.
Эта картина начала меняться в 1990-х годах с появлением доказательств существования микроорганизмов, живущих километры под поверхностью. Начиная с 2000-х годов биолог Гаэтан Боргони, специалист по нематодам, начал исследования, чтобы проверить, могут ли черви также занимать эти экстремальные ниши.
Этот поиск направил Боргони и других специалистов в шахту «Beatrix» в Южной Африке. Там были исследованы воды, протекающие через трещины в подземных породах. Команда использовала фильтры для улавливания микроскопических организмов, и после анализа более 6 тысяч литров воды обнаружила ранее неизвестного науке червя.
Исследование было расширено на другие шахты в стране. В ходе одной из этих экспедиций ученые отфильтровали более 12 миллионов литров воды, обнаружив различные виды нематод, а также грибы, беспозвоночных и другие микроорганизмы.
Образец, названный Halicephalobus mephisto, обладал критически важной характеристикой для его научного изучения: это была самка, способная производить потомство без полового размножения. Перед смертью животное вынашивало восемь жизнеспособных яиц, что позволило исследователям продолжить эксперименты в лаборатории.
Потомство было отправлено на анализ, проведенный генетиком Джоном Брахтом из Американского университета в Вашингтоне, США. В контролируемых условиях было замечено, что червь демонстрирует предпочтения, отличные от других известных нематод. В то время как такие виды, как Caenorhabditis elegans, зависят от разлагающейся органики и могут изучаться при более низких температурах, «дьявольский червь» показывает лучшую производительность около 37 °C, температуры, схожей с его подземной средой обитания.
Вид также имеет уникальный способ передвижения. Вместо плавания он использует телесные структуры для закрепления на поверхностях, что может способствовать его пребыванию в ограниченном пространстве между породами.
Анализ ДНК Halicephalobus mephisto дал представление о его механизмах выживания. В 2019 году команда под руководством Джона Брахта выявила высокую концентрацию генов, связанных с производством белков теплового шока. Эти молекулы защищают другие белки организма от повреждений, вызванных высокими температурами, что свидетельствует об особой адаптации к жизни в теплых подземных условиях.
Последующие исследования, проведенные в 2024 году, были сосредоточены на цитохром с-оксидазе, молекуле, участвующей в использовании кислорода для выработки энергии. Тесты показали, что эта структура работает более эффективно при повышенных температурах и снижает свою активность в более холодном климате.
По словам Джона Брахта, геномного исследователя Американского университета, эта особенность может рассматриваться как эволюционная стратегия животного. Он объяснил метаболизм «дьявольского червя», заявив: «Они гарантируют, что будут размножаться больше в лучшей, более теплой среде».
Способность к размножению без партнера также изучается как потенциальное преимущество в среде, где встречи между особями одного вида могут быть нечастыми. Брахт оценивает, что эта тактика обеспечит выживание вида даже в изолированных местах. Однако он также предполагает возможность существования еще не обнаруженных самцов этого вида, что позволило бы осуществлять половое размножение при определенных обстоятельствах. Отсутствие генетического разнообразия в результате бесполого размножения часто указывается как возможный эволюционный недостаток.
Происхождение организмов, обитающих в глубинах, остается загадкой. Исследования, проведенные Гаэтаном Боргони и геобиологом Карой Магнабоско, предполагают, что некоторые нематоды могли попасть в эти районы посредством движения грунтовых вод, возможно, под влиянием сейсмических явлений.
Исследования так называемой глубоководной биосферы показывают, что микроорганизмы под поверхностью составляют значительную часть микробной жизни планеты. По оценкам исследователей, они могут составлять от 12% до 20% от общей биомассы земных микробов.
Другим исследованным примером является бактерия Desulforudis audaxviator, обнаруженная в глубинах трех континентов. Исследователи заметили, что этот вид имеет большое генетическое сходство между удаленными популяциями и может присутствовать в этих средах с момента разделения суперконтинента Пангея, произошедшего около 165 миллионов лет назад.
Изучение этих подземных существ также помогает понять истоки жизни на планете. Ученые полагают, что глубокие среды могут дать подсказки о необходимых условиях для поддержания организмов до появления современных экосистем.
Исследование «дьявольского червя» подкрепляет более широкий вывод: жизнь обладает способностью занимать места, считающиеся маловероятными, и оставаться активной даже в условиях, сильно отличающихся от поверхностных.
Ван Херден, эколог из южноафриканской компании по биоремедиации iWater, заявила в интервью команде, проводившей открытие: «Как люди, мы думаем, что управляем миром, но это неправда». Она добавила, что исследование дало перспективу смирения перед организмами, которые существуют миллионы, а возможно, и миллиарды лет.
