Знание-сила, 2009 № 08 (986) - Хоружик
Но чем живут эти экстремисты? Чем они кормятся? Даже самые примитивные микроорганизмы нуждаются в некоторых веществах — фундаментальных элементах «химии живого». В углероде, азоте, фосфоре, сере, отдельных металлах.
С нашей точки зрения, самыми счастливыми обитателями подземного мира можно назвать те организмы, которые населяют верхние слои отложений на дне океана. Здесь им еще перепадают органические вещества. В вязком, илистом грунте можно встретить многочисленные останки животных, населявших морские просторы. Разлагая углеродные соединения, содержавшиеся в биологических тканях, подземные микробы черпают нужную им энергию. Используют они и другие вещества.
Начиная с 2003 года в рамках проекта «Ocean Drilling Programme» (ODP) — международная программа бурения дна океана — ученые уделяли немало внимания «глубинной биосфере». В частности, в богатых метаном и сульфатом донных отложениях у берегов Перу были обнаружены несколько групп бактерий, которые придерживаются разных стратегий потребления. В их «отверженных селеньях» течет нормальная, по их меркам, жизнь. Одни вырабатывают метан из водорода и углекислого газа; другие разлагают сульфаты; третьи потребляют соединения железа и марганца.
Обитатели лавовых слоев в окрестности подводных вулканов избрали в чем-то схожую стратегию, помогающую им выжить и найти пропитание. Исследователи из Калифорнийского университета, занимаясь бурением застывших потоков лавы, обнаружили там мельчайшие ходы, в которых сохранились фрагменты ДНК микробов. Очевидно, эти ходы проделали сами микроорганизмы. Пожирая вулканическую породу, они добывали себе энергию. Впрочем, ученые затрудняются пока восстановить последовательность процессов, приводящих к этому.
На первый взгляд, еще труднее микробам, приютившимся где-то в толще гранита или базальта. Например, колонии бактерий, обнаруженные в окрестности Йоханнесбурга, в базальтовых породах возрастом около 2,7 миллиардов лет, поселились там, где, кажется, не может быть жизни. Однако их сообщество существует уже миллионы лет. Как полагают биологи, по какой-то причине оно оказалось отрезанным от поверхности Земли как минимум 3 и как максимум 25 миллионов лет назад. Позднее микробы проникли в расселины древних пород и стали использовать для жизни энергию, выделяющуюся при реакции водорода с соединениями, содержащими серу. Этот газ возникает в недрах планеты при естественном излучении таких веществ, как уран или торий, поскольку молекулы воды под действием радиации распадаются на водород и кислород (подробнее об этих микробах читайте статью Б. Жукова в «З-С», 3/09).
Карстен Педерсен из Гетеборгского университета, исследуя один из рудников в Швеции, выявил три группы микроорганизмов, которые использовали для выработки энергии водород. В одном случае они синтезируют ацетат, соль уксусной кислоты, из водорода и углекислого газа; другая группа микробов преобразует ацетат в метан и, наконец, третья получает метан непосредственно из водорода и углекислого газа.
Есть и другие стратегии, позволяющие уцелеть в «каменном поясе» Земли. Что еще могут предложить эти простейшие и хитрейшие организмы, «вечно живые» на протяжении всех геологических эр? Уменье прижиться там, где «нет надежды на смягченье мук».
«Жизнь есть сон»
Ошибочно полагать, что глубинная биосфера — это рай для микроорганизмов. Результаты исследований говорят, скорее, об обратном. В местечке Тейлорсвиль, в американском штате Вирджиния, исследователи во главе с Томасом Фелпсом обнаружили колонию микробов на глубине 2,7 километра. Однако дальнейшие наблюдения за ее обитателями предотвратили «головокружение от успехов». Микробы казались мертвеннее камня, среди которого жили. Почти ни один не проявлял активности. Даже процессы роста, кажется, прекратились. Жизнь, приняв нежданное обличие, остановилась — словно достигла «области, невдале отстоящей от места сна».
Изучение «глубинной биосферы» невольно заставляет задуматься о том, что такое жизнь и чем она отличается от «вечной нежизни». «Мы полагали, что все организмы должны расти, чтобы иметь возможность выжить. Это действительно справедливо для любых животных, обитающих на поверхности планеты, но, очевидно, бактерии, оказавшиеся в самых суровых условиях, какие только можно себе представить, придерживаются другой стратегии выживания, — поясняет Фелпс. — Там, внизу, они почти ничего не делают, не проявляют никакой активности — только стараются продержаться».
Жизнь готова выдюжить и в таких условиях, но платит за свою неприхотливость особую цену — «цену смирения». Микробы, найденные на большой глубине, долгое время проводят практически в спячке. Эти мнимо омертвевшие — живые! — клетки даже не размножаются. Недостаток питательных веществ, испытываемый ими, вынуждает их вести самый жесткий режим экономии. Другие микроорганизмы размножались в среднем раз в несколько сотен, а то и тысяч лет. По сравнению с ними микробы, населяющие поверхность планеты и — в том числе — наши собственные тела, живут буквально «со скоростью света», например, бактерии, заполонившие кишечный тракт человека, делятся каждые двадцать минут.
Участники проекта ODP, исследовав различные образцы донных отложений, поднятые с глубины в 500 с лишним метров, обнаружили, что на сотню бактерий приходится, самое большее, одна, подающая признаки жизни, — иной раз даже одна из ста тысяч. «Большинство микробов, встречающихся в отложениях, обнаруженных на морском дне, были вынуждены либо приспосабливаться к поразительно медленно протекающим здесь процессам обмена веществ, — либо умереть», — таков вывод исследователей.
Взлелеянные Сейсмосом
Открытие глубинной биосферы не только любопытно само по себе, но и весьма поучительно для геологов. Оно побуждает их пересмотреть сами основы привычной для них науки. Это царство микробов, расстелившееся у нас под ногами, не смахнуть за ненадобностью. Оно есть. Нельзя досконально изучить геологические процессы, протекающие в земной коре, не обратив внимания на ее обитателей. Ведь они сплошь и рядом активно участвуют в них. «Микробы очень медлительны, но, если принимать во внимание геологические промежутки времени, они оказывают огромное влияние на круговорот веществ в недрах нашей планеты», — полагает Баркер Йоргенсен.
• Так, мы традиционно говорим об эрозии горных пород, как о физико-химическом процессе, в то время как в действительности имеем дело с биохимическим процессом, который в немалой степени зависит от деятельности мельчайших живых организмов, поселившихся в земной коре.
• Залежи метанового льда — гидрата метана, — выстилающие обширную часть дна Мирового океана, тоже возникли благодаря деятельности подземных бактерий. Метан выделяется в результате переваривания ими органических веществ — остатков отмерших организмов, опустившихся на дно.
• Этот «неисчислимый ряд» микробов может играть важную роль и в образовании месторождений нефти и природного газа.
Особенно хорошо обитатели бактериального подземелья чувствуют себя там, где всего неспокойнее — в сейсмически активных
