Идеальный природный баланс. Ученые Оренбуржья ищут ключ к загадкам истории
Перед человечеством сейчас стоит серьёзная цель – войти в дружественный симбиоз с микроорганизмами.
Двадцать пять тысяч лет... Именно такой возраст палеолитической живописи, найденной в пещере Шульган-Таш, установили учёные. Эта пещера, которая имеет и другое название – Капова, уже признана археологическим и геологическим памятником, а сейчас ведутся работы по признанию её объектом, охраняемым ЮНЕСКО.
«Здесь был Вася»
Уникальность наскальной живописи, помимо её древнего возраста, в том, что в России это единственное подобное место. Ближайшие похожие рисунки встречаются только на территории Франции. Творчество наших далёких предков было обнаружено в 1959 году, и пещера сразу стала объектом пристального внимания не только археологов и антропологов, но и обычных туристов, которые считали своим непосредственным долгом оставить рядом и свой «след в истории». Да такой заметный, что учёным пришлось буквально высвобождать ценное наследие древности из-под всевозможных «Здесь был Вася» и «Коля + Таня» и возвращать к жизни с помощью реставрационных работ. Причём, этот фактор не имеет отношения ни ко времени, ни к политическому строю, потому что там обнаружены следы пребывания и шестидесятников, и «перестроечников», и граждан уже нового Российского государства.
Специалисты из Европы бережно, слой за слоем, снимали вандальные надписи, чтобы не повредить исходные изображения. В итоге, посещение основных залов этого археологического памятника пришлось закрыть. Сейчас туристы могут попасть только в первый зал, где демонстрируются копии наскальных изображений, изготовленные в зоне переменного микроклимата пещеры в 2003 году.
Но опасность для палеолитической живописи несёт, как ни странно, и сама природа. В последнее время рисунки стали темнеть, выцветать, терять свои очертания. Причин тому несколько. Во-первых, Капова пещера – карстовая, поэтому в ней образуются кальциевые натёки, а во-вторых, в ней и сейчас наблюдается активная жизнь микроорганизмов, то есть, здесь происходит значительное обрастание микробными биоплёнками, которые и могут служить причиной исчезновения наскальных рисунков. Чтобы узнать, какие именно микроорганизмы входят в состав этих биопленок, и понять, как спасти культурное наследие наших предков, в Шульган-Таш в последние годы регулярно проводят экспедиции уфимские и казанские учёные, к которым в этом году присоединились и оренбургские микробиологи. Огромный вклад в изучение микробного разнообразия пещеры внесли сотрудник заповедника Шульган-Таш Ольга Червяцова и Людмила Кузьмина из Уфимского научного центра РАН. Именно они привлекли казанских учёных.
«Хотя нас трудно удивить микробными обрастаниями, многообразие биоплёнок поразило и цветовой палитрой – от пурпурно-фиолетового до изумрудного, и разнообразием форм, по сравнению с другими пещерами, в которых нам доводилось работать, – делится впечатлениями микробиолог Наталья Гоголева, сотрудник Казанского научного центра РАН и Казанского госуниверситета. – Чтобы узнать, из чего состоят эти биоплёнки, кто в них живёт и кто «главный», мы взяли различные пробы, выделили ДНК этих бактерий и по генетическому коду систематизировали их. Работа ещё предстоит долгая, упорная и кропотливая, но уже на этом этапе можно сказать, что причина повреждения палеолитической живописи связана с микробами. Под биоплёнками, состоящими из бактерий-актиномицет, происходит разрушение породы, её разжижение и повторное отложение кальцита. Иными словами, наскальные изображения постепенно «выедаются». Пещера – это уникальная экосистема, и субстанция, живущая там, сама по себе очень хрупкая и легко подвергается воздействиям извне, а мы нашли надписи на стене, сделанные губной помадой. А это органика, жиры, и её ни в коем случае нельзя там оставлять, потому что она быстро обрастает грибами, которые являются основными конкурентами актиномицет и активно вытесняют их «из игры». Да-да, в мире биологии идут войны и сражения, ещё более жёсткие, чем в мире людей».
Новое слово в биотехнологии
Но здесь учёные столкнулись с новой проблемой: с одной стороны, нужно охранять древние рисунки от биологического воздействия, а с другой стороны, биоплёнки сами требуют к себе повышенного внимания и бережного отношения. Это целый консорциум микроорганизмов, которые друг другу помогают – кто-то даёт питание, кто-то – энергию и т. д. Они все очень разные, но каждый выполняет свою функцию. Бактерии-актиномицеты образуют целые колонии, которые развиваются в самых экстремальных условиях – в том числе, в пещерах, где всегда холодно, сыро и, главное, нет солнечного света, а значит, притока энергии. По аналогии с плесневыми грибами актиномицеты продуцируют биологически активные вещества, которые могут быть использованы в качестве антибиотиков – кстати, почти 70% применяемых в современной медицине антибиотиков являются продуктами их жизнедеятельности. И нашим микробиологам удалось обнаружить новые виды, которые после тщательного изучения можно будет использовать в новейших биотехнологиях.
«Помимо медицины, есть ещё одно замечательное свойство актиномицет, – рассказывает руководитель оренбургского Института клеточного и внутриклеточного симбиоза Уральского отделения РАН Андрей Плотников, – это возможность их использования для уничтожения пластика и различных химических загрязнителей. Например, пермские микробиологи нашли штаммы, способные переводить в безопасные соединения синтетические медикаменты, которые долго сохраняются в почве и воде и негативно влияют как на их обитателей, так и на человека. И очень перспективным, в дальнейшем, будет использование актиномицет для уничтожения пластикового мусора, который практически не разлагается в природе. Поэтому перед человечеством сейчас стоит серьёзная цель – войти в некий дружественный симбиоз с микроорганизмами, чтобы использовать их там, где нужно, а где не нужно – ограничивать их деятельность. И это был бы идеальный природный баланс».
Чтобы найти отгадки, нужно время
Микробные сообщества пещеры Шульган-Таш – это хороший пример симбиоза, в котором совершенно не изученным компонентом являются простейшие – амёбы, инфузории, солнечники и т. д. У оренбургских микробиологов задача весьма сложная.
Простейшие – очень нежные существа. Нужно их отсеять в лабораторных условиях, дать время, чтобы они выросли, создать благоприятные для них условия. Для их комфорта даже специально из пещеры привезли воду, к которой они привыкли. Настолько трепетно микробиологи рассказывают о выращенных культурах простейших, о невесть откуда появившемся зелёном цвете, в который внезапно окрасились культуры, хотя все мы помним из школьной программы, что простейшие прозрачны и вообще не имеют пигмента. Возможно, теперь, когда они впервые «увидели» солнечный свет, их устоявшаяся тысячелетиями жизнь перевернулась, и учёные получили новую загадку, ключ к решению которой ещё предстоит найти, но на это нужно время... Тем более, что по простейшим из пещер научной информации в мире практически нет. То есть, это просто «непаханое поле» для исследований.
Теперь межинститутский коллектив, представленный казанскими, уфимскими и оренбургскими учёными, стоит на пороге новых открытий и новых разработок в биотехнологии.
На самый напрашивающийся вопрос – довольны ли они самой поездкой и её результатами – и Андрей, и Наталья хором ответили утвердительно: «Конечно! Во-первых, отобранные сейчас пробы мы можем сравнить с образцами, взятыми в экспедиции 2018 года, и понять, эта система стабильна или нет, развивается она или статична. Во-вторых, сейчас планируется комплексный анализ этих проб – мы будем оценивать и сообщество бактерий, и простейших, и химический анализ проведём. Полученные данные позволят изучить спектр микроорганизмов в биоплёнках и понять систему их взаимоотношений, что будет важно не только для сохранения пещерной живописи, но и для понимания общих механизмов формирования биоплёнок, ведь они встречаются повсюду, даже в организме человека».