Высокая интенсивность ультрафиолетового излучения, тяжелые металлы, значительные перепады температур, низкое содержание кислорода: некоторые микроорганизмы обитают там, где это едва ли можно себе представить. Геомикробиолог д-р Юдит Клатт, работающая с 2022 года в Институте наземной микробиологии имени Макса Планка в Марбурге и возглавляющая исследовательскую группу в Центре будущего «Микрокосм Земля», в «Штайнмюле» пригласила слушателей отправиться в научные путешествия по следам микроорганизмов, обладающих удивительной способностью к выживанию.

Междисциплинарная работа

Научная лекция «Бактерии на пределе» стала одновременно путешествием к самым первым микробам и истокам жизни: «Речь идет о том, чтобы понять микробиологическую жизнь и одновременно — пределы жизни», — сказала д-р Юдит Клатт. Это понимание формируется на стыке нескольких дисциплин: физики, биологии и химии.

Широкий временной диапазон

Одним из мест проведения исследований доктора Клатт, например, являются Гавайи: «Наши работы открывают нам окно в историю Земли, охватывающее период в 4,5 миллиарда лет», — сообщила исследовательница, тем самым давая своим слушателям представление о рассматриваемом временном диапазоне. При этом в ходе научной экспедиции постоянно затрагиваются темы экологической науки, что помогает лучше понять колебания максимальной температуры, а также содержания кислорода и углекислого газа в атмосфере на протяжении всей истории Земли. По словам д-ра Клатт, оба этих фактора очень тесно связаны с «глобальным микробиомом».

Основы молекулярной биологии

Экстремальные среды обитания постоянно открывают новые горизонты для науки и исследовательских коллективов. Так, из микроорганизмов, обитающих в условиях крайне высоких или низких температур, были выделены основополагающие элементы молекулярной биологии: например, ферменты для полимеразной цепной реакции (ПЦР), которые легли в основу тестов на отцовство и ДНК-дактилоскопии в криминалистике. Кроме того, микроорганизмы, такие как цианобактерии, в просторечии называемые сине-зелёными водорослями, обеспечивали и продолжают обеспечивать выработку кислорода и сыграли решающую роль в обогащении нашей атмосферы кислородом в докембрии. Цианобактерии — это одноклеточные организмы, обитающие в пресной и соленой воде и получающие энергию посредством фотосинтеза, подобно нашим зелёным растениям. В ходе этого процесса образуется кислород, который выделяется из «микробных матов» и может быть измерен командой под руководством д-ра Клатта, например, с помощью микросенсоров.

Исследования в самых сложных условиях

«Работа в полевых условиях может быть сложной», — вспомнила докладчица, приведя в качестве примера свою исследовательскую поездку в высокогорные районы Анд на высоте 3 000 метров. Путь до ближайшего супермаркета, занимавший 24 часа, поставил исследовательскую группу не только перед необходимостью ответить на научный вопрос с помощью сложных методов, но и перед сложной задачей самообеспечения. На данный момент там не удалось обнаружить стабильных форм жизни микроорганизмов. Таким образом, наличие кислорода само по себе не является надёжным признаком жизни.

Впечатляющие фотографии

В Институте наземной микробиологии имени Макса Планка в Марбурге экстремальные условия, с которыми сталкивается группа исследователей на месте, моделируются также в лабораторных условиях. «Конечно, воссоздать условия полевых исследований в лаборатории так же, как в природе, никогда не удается полностью, однако это всё же позволяет нам очень точно изучать огромную динамику, происходящую в экстремальной среде обитания, даже в течение длительных периодов времени», — поясняет д-р Юдит Клатт, которая иллюстрирует свои рассказы впечатляющими фотографиями и своим докладом вызвала большой энтузиазм среди учащихся.

Выдающаяся учёная

Своей работой д-р Юдит Клатт вносит вклад в то, что Марбург является центром передовых научных исследований. Например, в 2024 году она была удостоена гранта ERC Starting Grant от Европейского исследовательского совета.

Этот доклад был частью цикла лекций «Microbes for Future», организованного Институтом наземной микробиологии имени Макса Планка в Марбурге в сотрудничестве с Центром научных исследований школьников Средней Гессении (SFZ).

Научные доклады будут продолжены.

(Ангела Хайнеманн / д-р Свен-А. Фрайберт)

Способность доносить сложные вопросы с учётом особенностей аудитории — это, в лучшем случае, входит в круг компетенций профессоров, преподавателей в целом, а также школьных учителей. В этом контексте директор школы «Штайнмюле» Бьорн Геммер выразил особую благодарность марбургскому биологу и химику профессору доктору Тобиасу Эрбу из Института наземной микробиологии имени Макса Планка за его публичную лекцию, прочитанную в школе «Штайнмюле».

Около 100 заинтересованных слушателей собрались, чтобы послушать доклад на тему «Микробная энергия — новые пути выхода из климатического кризиса». В аудитории присутствовали учащиеся углублённых курсов биологии 2-го и 4-го классов, учащиеся базового курса биологии нашего 4-го класса, а также, помимо внешних слушателей, все члены группы «plus-MINT» из школы «Штайнмюле».

В какой степени микробиология может способствовать снижению содержания CO₂ в атмосфере?

Именно этой теме был посвящён специализированный доклад, который учитель биологии и математики д-р Свен Фрайберт, член команды наставников программы «Plus-MINT» школы «Штайнмюле», резюмировал следующим образом:

«Наземный микробиом» играет чрезвычайно важную роль в круговороте углерода. Фиксация, в том числе антропогенного CO₂, в подавляющей степени осуществляется наземными растениями и именно водными микроорганизмами. Последние обитают преимущественно в мировом океане. Однако эффективность фиксации CO₂ микроорганизмами не очень высока. Ввиду сравнительно высокой доступности CO₂ как в древней, так и в новейшей истории Земли, здесь не существовало и не существует эволюционного давления, требующего значительного повышения этой эффективности.

Микробиология, а точнее — в данном случае синтетическая микробиология, и прежде всего команда под руководством профессора доктора Тобиаса Эрба, теперь сосредоточила свои исследования на решении этой «проблемы» эффективности. Цель состоит в том, чтобы с помощью микробиологических, генетических и биохимических методов выявлять и изолировать метаболические пути микроорганизмов, а также повышать их эффективность, с тем чтобы в конечном итоге использовать эти молекулярные машины для искусственной фиксации CO₂. Следует отметить: целью не является выпуск искусственно созданных микроорганизмов в окружающую среду!

Еще одним подходом команды под руководством профессора Эрба является генетическая модификация сельскохозяйственных культур, выращиваемых в больших объемах, с целью повышения эффективности их фиксации CO₂. С одной стороны, это дало бы возможность извлекать из атмосферы значительные объёмы антропогенного CO₂, а с другой — растения стали бы расти значительно быстрее, что, в свою очередь, значительно повысило бы доступность продовольствия и, таким образом, способствовало бы обеспечению глобального продовольственного снабжения. «Двух зайцев одним выстрелом»!

Максимальное внимание аудитории

То, что аудитория на протяжении всего выступления с замиранием сердца слушает докладчика, — не правило. Тобиасу Эрбу удалось удержать максимальное внимание слушателей на протяжении всего выступления, длившегося чуть менее 45 минут. Ему удалось найти оптимальный баланс между профессионализмом и наглядностью изложения, и в ходе последующей сессии вопросов и ответов, длившейся около 30 минут, стало очевидно, что он сумел «увлечь» слушателей содержанием своего выступления.

В заключение Эрб особо отметил глубокий интерес, проявленный ученицами и учениками школы «Штайнмюлен», а также высокое качество их вопросов.

Докладчик пробудил у слушателей интерес к научным исследованиям

Профессор Эрб начал своё выступление с представления Института Макса Планка в Марбурге как одного из 86 институтов Макса Планка в целом. Он особо отметил высокое качество научных исследований, о чём свидетельствуют, в частности, многочисленные награды, в том числе несколько Нобелевских премий. Учёный особо отметил работу международных исследовательских коллективов и пробудил у слушателей интерес к научным исследованиям в области естественных наук.

Центр школьных научных исследований Средней Гессении в качестве организатора

В заключение директор школы «Штайнмюлен» Бьорн Геммер поблагодарил не только докладчика, профессора доктора Тобиаса Эрба, и доктора Вирджинию Гейзель, выступавшую в качестве пресс-секретаря, но и Центр ученических исследований Средней Гессении, который выступил инициатором и организатором мероприятия. Являясь частью этой группы, школа «Штайнмюле» принимает у себя четыре лекции из цикла «Microbes@School».

(Гем / д-р С. Фрайб / Хайнм)