В полной темноте океанских глубин, среди скоплений ядовитых газов, обитает существо золотистого оттенка. Оно не только выживает в одном из самых непригодных для жизни мест на планете, но и преуспевает там, используя смертельные яды и превращая их в свою защиту. Недавно ученые раскрыли древнюю химическую тайну этого обитателя морских глубин.
На дне Тихого океана, вдоль зон разломов земной коры, возникают гидротермальные источники. Эти места скорее напоминают внеземные пейзажи: из разломов вырывается вода, нагретая до экстремальных температур и содержащая смесь тяжелых металлов и токсичных соединений. Среди них присутствует мышьяк – одно из наиболее опасных веществ. Для большинства живых организмов контакт с ним губителен, так как металл вызывает сильные отравления, онкологические заболевания и нарушения в работе нервной системы.
Вблизи этих подводных «дымоходов», где наблюдается максимальная концентрация токсичных веществ, практически отсутствуют живые организмы. Только ограниченное число видов могут выживать в таких экстремальных условиях. К ним относится небольшой многощетинковый глубоководный червь Paralvinella hessleri из семейства Alvinellidae. Он обитает непосредственно в «дымоходах» гидротермальных источников. Для ракообразных и моллюсков это слишком рискованное место, но Paralvinella hessleri обитают прямо в сердце токсичных выбросов.
Paralvinella hessleri выделяется ярко-желтой окраской, за что его прозвали «золотистым червем». В царстве серых и белых оттенков такой окрас довольно странный, ведь в мире без солнечного света пигменты, отвечающие за яркие цвета, бессмысленны. Международная команда биологов под руководством Хао Вана ( Hao Wang) ученые из Института океанологии Китайской академии наук поставили вопрос: какова причина столь интенсивной окраски у существа, обитающего в условиях полной темноты?
Для выяснения деталей ученые получили ряд экземпляров Paralvinella hessleri с помощью дистанционно управляемого аппарата в районе Окинавской впадины, расположенной вблизи Японии. При изучении тканей ученые заметили внутри клеток желтые гранулы, похожие на пузырьки шампанского.
Первоначально биологи выдвинули гипотезу о том, что это симбиотические бактерии. Однако, результаты анализа продемонстрировали, что структуры являются неживыми. Разгадка тайны не была найдена, пока Ван не добавил в образец щелочной раствор. В результате гранулы растворились. Стало ясно, что желтые гранулы – это не органические включения, а минерал, содержащий сульфид мышьяка. Он известен под названием «аурипигмент» (As2S3).
Ученые были удивлены этой находкой. Аурипигмент известен человечеству на протяжении многих столетий. В Древнем Египте его использовали как красящий пигмент, смешивая с индиго для получения ярких зеленых оттенков. Художники эпохи Возрождения, включая Тициана и Рафаэля, использовали его для придания картинам золотистого блеска. В Средние века алхимики верили, что аурипигмент способен помочь в создании золота. Его также использовали в качестве лекарственного средства и для борьбы с насекомыми. Однако впоследствии люди отказались от использования аурипигмента из-за его токсичности.
Для морских червей этот минерал оказался спасительным. Это связано с тем, что в клетках Paralvinella hessleri накапливается мышьяк, а вода вокруг его жилища тоже ядовита, в ней много сероводорода. Червь нашел способ превратить эту смертельную смесь в нечто менее вредное: мышьяк соединяется с сероводородом из окружающей воды и образует менее опасный продукт — тот самый аурипигмент. Таким образом организм обезвреживает смертельные дозы яда. Ван описал этот механизм как «борьбу ядом против яда». Одновременно этот процесс объясняет золотистый окрас Paralvinella hessleri.
Особенность Paralvinella hessleri стала новым примером биоминерализации. Обычно животные формируют минералы для создания твердых структур — панцирей, зубов, раковин. Здесь же процесс выполняет функцию защиты от ядовитой среды.
Специалисты отмечают, что это первое зафиксированное наукой обнаружение сульфидов мышьяка внутри клеток живого организма. Работа группы Вана не только проливает свет на механизм выживания данного вида червей в сложных условиях, но и углубляет понимание того, как живые организмы могут адаптироваться к экстремальным факторам.
Выводы ученых представлены в статье, опубликованной в журнале PLOS Biology.