Загублений світ: у надрах Землі виявлена величезна екосистема, що процвітає мільйони років

Автори: Ярослав Кулик

Глибини океанів та надра Землі здаються цілковито позбавленими життя. Результати понад 10-річної співпраці тисячі вчених з усього світу показують інше. Насправді там живих організмів кишить, ніби в лісах Амазонки! Ці відкриття були оголошені на щорічних зборах Американського геофізичного союзу в Вашингтоні. Більшість цих організмів невідомі науці та несхожі на відомі мікроорганізми.

Натурфілософська традиція в філософії розглядає Всесвіт як повністю живий на всіх рівнях, від атома до галактики. Зупинімось на відомій вуглеводній формі життя на планеті Земля. Якщо обмежити життя на Землі її біосферою, тоді виникає питання, наскільки багате різноманіття життя на нашій планеті та як далеко воно може розповсюдитись. Межі розповсюдження прямо залежать від сприятливості умов: наявність води, їжі та енергії, умов навколишнього середовища близьких до оптимальних. Проте, як виявилось із наведеного дослідження, «сприятливі умови» можуть бути досить екстремальними та навіть згубними для більшості відомих форм життя.

Про масштабність цього дослідження красномовно говорить Ізабель Даніель, учасник дослідницької групи з Ліонського університету (Франція): «Десять років тому ми й уявити собі не могли, що камені під нашими ногами можуть бути настільки населені. Але експериментальні дослідження по всій планеті показали нам, що життя може процвітати на великій глибині. Це не просто захоплює, але й підвищує наш інтерес до пошуку біотично-абіотичної межі на Землі та інших місцях у Всесвіті».

«Дослідження мікробів в надрах Землі дали нам нові знання, а також усвідомлення і набагато більше розуміння того, як багато нам ще належить з'ясувати про підземне життя. Наприклад, вчені ще не визначили всі способи, за допомогою яких підповерхнева екосистема впливає на поверхневе життя і навпаки. Наразі ми можемо тільки дивуватися природі метаболізму, яка дозволяє йому виживати в умовах крайньої бідності ресурсів і обмежень, умов, які панують глибоко під землею», ‒ додав Рік Колвелл, член команди з університету Орегону (США).

Абсолютні межі життя на Землі з погляду температури, тиску й енергії поки не знайдені. Рекорди постійно доводиться оновлювати. На сьогодні лідером серед «найгарячіших організмів Землі» в природі є одноклітинний організм Geogemma barossii, що проживає в гідротермальних жерлах на морському дні. Його клітини, крихітні мікроскопічні сфери, ростуть і розмножуються при температурі 121 °C. У лабораторних умовах ученим вдавалося зберігати мікробне життя при 122 °C.

Максимальна глибина, на якій було виявлене життя в континентальній частині надр, становить приблизно 5 кілометрів. Рекорд в океанах ‒ 10,5 кілометрів від поверхні води, на глибині з екстремальним тиском. Для людини ці цифри неймовірні, хоча якщо порівняти планету з яблуком, то життя знайдено тільки на його шкірці (щоправда, до «м’якоті» поки ніхто так і не діставався).

Ледве живі бактерії-зомбі й інші форми життя, що містять в собі величезну кількість вуглецю, який перевищує в 245-385 разів вуглецеву масу всіх людей на Землі, ховаються в надрах нашої планети на глибині до 5 кілометрів, утворюючи тим самим неймовірно велику підповерхневому екосистему. Ці бактерії можуть бути у «сплячому» стані практично вічність.

Проблема пошуку життя сповільнюється через стереотип, що всі відомі форми життя мають бути дуже схожі один на одного: живитися білковою їжею, мати клітини, потребувати тепла, а також кисню, і мати неагресивне навколишнє середовище. І хоча відсутність лише б однієї з цих умов має «стерилізувати» певну територію від усього наявного життя, вчені постійно знаходять спростування цього твердження.

Невизначена нематода в біоплівці з мікроорганізмів. Виявлена в Південній Африці і живе на глибині 1,4 кілометра. Credit: Gaetan Borgonie, Extreme Life Isyensya, Belgium

 

Подібні відкриття також піднімають нові питання, на які вчені мають відповісти в майбутньому. Серед безлічі загадок «глибокої землі» дослідники виділяють: поширення, походження і джерело енергії.

Поширення. Як поширюється підземне життя ‒ горизонтально, вгору або вниз? Як воно може бути таким схожим на різних континентах? Воно мало спільне походження і було розділене, наприклад, тектонікою плит? Або мігрувало? Яку роль відіграють великі геологічні події (такі як тектоніка плит, землетруси, метеоритні бомбардування й інші) в підповерхневому русі життя?

Бактерія Candidatus Desulforudis audaxviator, яка харчується воднем. Виявлена в Південній Африці в розломі, заповненому рідиною і газом, на глибині 2,8 кілометра. Джерело: Greg Wanger, California Institute of Technology, USA, and Gordon Southam University of Queensland, Australia

 

Археї Altiarchaeales, знайдені в сульфідних джерелах в Німеччині на глибині 30 метрів. Джерело: Christine Moissl-Eichinger / Medical University of Graz

 

Походження. Чи почалося життя глибоко під землею, а потім мігрувало вгору, до сонця? Або воно зародилося в маленькому теплому ставку і спустилося вниз? Як підземні мікробні «зомбі» розмножуються і живуть без поділу від мільйонів до десятків мільйонів років? Як довго вони зможуть існувати в такому стані? Чи можливе таке на інших планетах? Чи може життя продовжувати існувати при різкій зміні умов навколишнього середовища?

Енергія. Чи є метан, водень або природна радіація (від урану та інших елементів) найважливішим джерелом енергії для прихованого життя? Які джерела енергії найважливіші в різних умовах? Як відсутність поживних речовин, а також екстремальні температура і тиск впливають на розподіл і різноманітність мікробів у надрах? Чи можлива адаптація наявних форм до нових джерел енергії?

Бактерія виду Methanobacterium, що виробляє метан. Цей зразок був знайдений у пробах, отриманих із вугільного пласта на глибині 2 кілометри нижче дна Тихого океану біля берегів Японії. Джерело: Hiroyuki Imachi / Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC)

 

«Молекулярні дослідження підвищують імовірність того, що мікробна «темна матерія» набагато різноманітніша, ніж ми її знаємо наразі, і нестандартні гілки еволюції форм життя кидають виклик концепції трьох груп, введеної Карлом Воузом в 1977 році. Сьогодні ми знаємо, що більшість форм життя вкладають велику частину одержуваної енергії в підтримку свого існування і мало в зростання», ‒ заявив Карен Ллойд з Університету Теннессі (США).