Обитатели земных недр не нуждаются в солнечном свете
|
Глубокая скважина, пробуренная южноафриканскими старателями, позволила ученым обнаружить подземное микробное сообщество, которое просуществовало в полной изоляции от остальной биосферы как минимум три миллиона лет. В сообществе преобладают бактерии, получающие энергию за счет восстановления сульфатов. Все необходимые вещества эти микробы получают из земных недр, и их жизнь совершенно не зависит от процессов, происходящих на поверхности.
История этого открытия началась с того, что южноафриканские старатели, работающие на прииске Мпоненг, стали бурить очередную глубокую скважину и на глубине 2,8 км наткнулись на водоносный слой. Глубинные воды, затерянные среди базальтов возрастом 2,7 млрд лет, находятся под большим давлением, имеют щелочную реакцию и насыщены всевозможной химией: различными солями, среди которых преобладают сульфаты, растворенными газами, такими как водород, метан, углекислый газ и другие, и простыми органическими соединениями (углеводородами, формиатом, ацетатом). Большая часть органики, судя по изотопному составу, имеет абиогенное происхождение, то есть порождена не живыми организмами, а геологическими процессами. Температура подземной воды — чуть выше 60 градусов.
Находка привлекла внимание микробиологов, изучающих биоту земных недр. На сегодняшний день хорошо известно, что толща земной коры заселена микроорганизмами вплоть до глубины в 6-7 км или даже более (см. Оборин А. А. и др. О концепции организованности современной подземной биосферы). Подземные микробы, по-видимому, играют большую роль во многих геохимических процессах, в том числе в образовании и деструкции нефти и газа. Неясным остается вопрос о том, в какой степени эта инфернальная микробиота является автономной, независимой от «внешней», большой биосферы, которая живет в основном за счет энергии солнечного света.
Многие подземные микробы окисляют углеводороды или, к примеру, сульфиды при помощи кислорода, произведенного фотосинтезирующими организмами (растениями и цианобактериями). Таких микробов, очевидно, нельзя назвать полностью автономными: исчезни жизнь на поверхности, и они тоже со временем погибнут. Другие — такие как археи-метаногены, восстанавливающие углекислый газ до метана при помощи водорода, — по-видимому, могли бы существовать в земных недрах неопределенно долго и после гибели всего живого на поверхности. Но до сих пор ни для одного подземного микробного сообщества не удавалось точно доказать, что оно в течение долгого времени действительно не использовало никаких веществ, произведенных «большой биосферой», и получало всё необходимое исключительно из недр Земли.
Микробиота, обнаруженная в воде из южноафриканской скважины, стала первым доказанным случаем долгого автономного существования живых организмов в недрах Земли без всякой связи с «большой биосферой». Об этом сообщила группа исследователей из США, Канады, Германии, Тайваня и Южной Африки в последнем номере журнала Science. Ученые обнаружили в подземных водах довольно большое количество микроорганизмов (40 млн клеток на литр).
По нуклеотидным последовательностям генов 16S рРНК, выделенных из проб, было установлено, что подавляющее большинство (более 88%) этих микробов относится к одной разновидности сульфат-редуцирующих грам-положительных бактерий, близких к роду Desulfotomaculum. Эти бактерии получают энергию, восстанавливая сульфат (SO42–) при помощи молекулярного водорода. Кроме сульфат-редукторов в пробах обнаружены в небольших количествах и другие микробы — всего около 25 разновидностей, в том числе 4 разновидности архей-метаногенов. Расчеты показали, что в условиях, в которых живут эти микробы, сульфатредукция является наиболее выгодным из всех возможных типов энергетического метаболизма.
Но микробиологический анализ был вовсе не главной частью исследования. Основное внимание авторы уделили изучению самой подземной воды, на которую была обрушена вся мощь современных методов аналитической химии. Воду разобрали чуть не по молекулам, изучили каждую примесь, измерили изотопный состав всех элементов, и всё это для того, чтобы как можно точнее определить ее возраст и происхождение. Впрочем, однозначно решить вопрос все равно не удалось.
Ученые пришли к выводу, что существует два возможных сценария образования этой воды. Согласно первому сценарию, вся вода имеет поверхностное (атмосферное) происхождение и просочилась в недра в период между 15,8 ± 7,8 и 25 ± 3,8 млн лет назад. Вторая возможность заключается в том, что эта вода является смесью очень древней геотермальной воды возрастом 0,8–2,5 млрд лет и более «молодой» поверхностной воды, просочившейся на глубину 3-4 млн лет назад.
В любом случае получается, что подземное микробное сообщество существует в абсолютной изоляции, без всякого притока вещества и энергии с поверхности, как минимум три миллиона лет, а возможно, и все 25 миллионов. И, несомненно, может существовать так и дальше — даже если всё живое на поверхности погибнет, из атмосферы исчезнет весь кислород, а Солнце погаснет.
Источник: Li-Hung Lin et al. Long-Term Sustainability of a High-Energy, Low-Diversity Crustal Biome // Science. 2006. V. 314. P. 479–482.
Александр Марков
