Сверкающая бездна. Какие тайны скрывает океан и что угрожает его глубоководным обитателям - Хелен Скейлс
Все более очевидным становится тот факт, что океанические экосистемы имеют основополагающее значение для глобального климата. В общей сложности океан поглощает треть выбросов углерода, вырабатываемого человечеством, и это спасает Землю от катастрофической версии климатического кризиса в ближайшем будущем.
То, что нас ждет, непосредственным образом зависит от того, что происходит на глубине. Незначительные изменения в потоках морского снега могут существенно повлиять на связывание углерода в океане и, следовательно, на уровень углекислого газа в атмосфере. Влияние углеродного биологического насоса до конца не изучено. В 2020 году исследователи из Океанографического института в Вудс-Хоуле выяснили, что его эффективность сильно недооценена. Согласно традиционным климатическим моделям, считалось, что максимальный уровень глубины, на котором еще может происходить фотосинтез, составляет 150 метров. Однако множество собранных данных по замерам уровня содержания хлорофилла, определяющих, где на самом деле растет фитопланктон, продемонстрировали, насколько сильно различается глубина проникновения солнечного света по всему земному шару и в зависимости от времени года. Принимая во внимание чередование зон солнечного освещения, команда из Вудс-Хоула определила, что ежегодно океан поглощает в два раза больше углерода, чем предполагалось. Это доказывает, что так называемый биологический насос оказался гораздо мощнее и является важнейшим фактором глобального климата.
* * *
Чтобы оценить значение морских глубин, нужно заглянуть гораздо дальше в прошлое, вернувшись к истокам самой жизни, зародившейся около четырех миллиардов лет назад. Согласно ведущей теории, живые клетки возникли в морских глубинах, в частности, в гидротермальных источниках. Эту идею впервые выдвинул в начале 1990-х годов химик НАСА Майкл Рассел. Он предположил, что матрицами для живых клеток могли служить крошечные поры в стенках гидротермальных жерл, создавая необходимые условия для протекания жизнетворных реакций. Но для этого температура в жерле должна быть достаточно низкой, чтобы первые признаки жизни сразу же не превратились в переваренный первичный бульон. И вот в 2000 году исследователи наконец нашли прохладное жерло, соответствующее теории Рассела. Во время посещения массива Атлантиды, внушительной подводной горы к югу от Азорских островов и в четырнадцати с половиной километрах от Срединно-Атлантического хребта, ученые увидели гигантский лес белых карбонатных шпилей, образованных в результате химических реакций в породах морского дна. Самый большой был 30 метров в поперечнике и 60 метров в высоту. Это скопление белых курильщиков называют Затерянным городом. Предположительно, данная гидротермальная зона активна уже на протяжении как минимум 120 000 лет, что делает ее старейшей из открытых. Условия, подобные тем, что царят в этом месте, были распространены гораздо шире, когда планета была моложе, а земное ядро было более радиоактивным. И мы знаем, что гидротермальные источники, создающие условия для образования первых живых клеток, появились одновременно с океаном. В поисках искры, из которой зародилась жизнь, ученые воссоздают условия первозданных морских глубин в своих лабораториях, вдали от гидротермальных источников. В Лаборатории реактивного движения НАСА, расположенной в Калифорнии, Лори Бардж и Эрика Флорес вырастили миниатюрные гидротермальные источники высотой в несколько сантиметров, которые успешно генерировали аминокислоты. На следующем этапе исследователи планируют выяснить, могут ли эти маленькие молекулы накапливаться в гидротермальных жерлах и объединяться в пептиды, а затем в белки.
Крупный научный прорыв произошел в 2019 году в Университетском колледже Лондона (UCL), когда простые протоклетки объединились внутри реактора, имитирующего гидротермальное жерло. Смесь жирных кислот и жирных спиртов спонтанно образовала эти базовые клетки с мембраной вокруг капельки жидкости. В предыдущих исследованиях подобные протоклетки распадались в присутствии даже небольших концентраций хлорида натрия, что навело некоторых ученых на мысль о том, что нужно прекратить поиски истоков жизни в соленом океане. Но ученые из Университетского колледжа Лондона показали, что при правильном подборе ингредиентов вероятность образования этих простых клеток увеличивается, они становятся более стабильными при добавлении не только соли, но и тепла, что подтверждает теорию происхождения жизни в гидротермальных источниках.
Еще одно доказательство этой теории было обнаружено в 2017 году на севере Канады. В редком фрагменте древнейшей океанической коры, сохранившемся на материковой плите, ученые обнаружили микроскопические трубки и волокна вдвое тоньше человеческого волоса из богатого железом минерала гематита. Эти волокна имеют характерную для микробов, обитающих сегодня в гидротермальных жерлах, ветвящуюся структуру, что позволяет предположить, что они образовались в подобных древних источниках. Возраст пород, в которых были найдены эти мельчайшие структуры, составляет как минимум 3,77 миллиарда лет, что делает их самыми старыми окаменелостями в мире и останками самых ранних живых клеток[65] (некоторые эксперты считают, что возраст этих пород может достигать 4,28 миллиарда лет).
Жизнь на Земле зародилась так умопомрачительно давно, что мы, вероятно, никогда не узнаем наверняка, как именно это произошло. Нам предстоит отыскать подсказки и провести исследования, чтобы смоделировать прошлое и разглядеть существенные признаки самовоспроизводящейся биологии, причем не только на Земле, но и в других уголках Вселенной. Гидротермальные источники были выявлены под ледяной коркой на Энцеладе, спутнике Сатурна, и Европе, спутнике Юпитера. Возможно, они существовали даже в древнем океане на Марсе, что дает повод надеяться на зарождение живых клеток и на красной планете!
Морские глубины дают нам ключ к разгадке того, что произошло после возникновения первых живых клеток, которые заселили остальную часть Земли. В течение последующих двух миллиардов лет существовали только простые одноклеточные существа – бактерии и археи. Следующий важный шаг в эволюции жизни – рост сложных клеток, эукариот – вероятно, произошел на глубине. Мы с вами эукариоты, как и все остальные животные, растения, водоросли и грибы. У всех нас есть структуры внутри клеток, такие как митохондрии, вырабатывающие энергию, и ядро, в котором хранится ДНК. Считается, что эукариоты могли появиться, когда один микроб поглотил другого, то есть общие клеточные структуры могли образоваться из проглоченных микробов. Но, как именно это произошло, долгое время оставалось одной из величайших загадок жизни. В 2019 году японские ученые объявили, что успешно вырастили в лаборатории странный микроорганизм, который может быть ближайшим родственником ранних эукариот. Десятью годами ранее, погрузившись в океан в подводном спускаемом аппарате «Синкай 6500», они собрали образцы ила с глубины более мили, надеясь найти микробов, которые могли бы помочь ликвидировать нефтяные разливы. В лаборатории исследователи обнаружили следы редкого типа клеток, известных как асгардархеи. В этих клетках имеются как микробные, так и эукариотические гены. Ранее такие клетки
