Кровавый водопад рассказал о жизни на замёрзшей земле
Антарктика преподнесла учёным сюрприз: как выяснилось, в одной из скрытых полостей, герметично запечатанной 400-метровым слоем льда, уже два миллиона лет нормально живут бактерии. Без доступа света и при полном отсутствии кислорода. Открытие (и его объяснение) окажет помощь исследователям по-новому посмотреть на приспособляемость судьбы к экстремальным условиям, в частности — случавшимся в далёком прошлом отечественной планеты, а заодно и на возможность существования микроорганизмов на Марсе либо Европе.
Сенсационную весть принесли Джилл Микуки (Jill Mikucki) из Дартмутского колледжа (Dartmouth College) и её коллеги из последовательности вторых университетов и институтов, совершившие несколько сезон в изучении «Кровавого водопада» (Blood Falls). Данный относительно маленький выход жидкого рассола по трещине, ведущей глубоко под ледник Тейлора (Taylor Glacier), взял собственное имя из-за красно-рыжего цвета, о происхождении которого необходимо будет сообщить очень.
Завершив шестилетний сбор проб из этого источника (спорадически включающегося и выключающегося), учёные установили — вода поднимает из глубин почвы живые микробы, каковые были закрыты в скрытом резервуаре 1,5-2 миллиона лет.
«Кровавый водопад» в равнине Тейлора (фото Chris Gardner)
О существовании судьбы в подлёдных озёрах Антарктики учёные рассуждают с 1960-х годов, но точно установить данный факт мешали два события — необходимость бурения сотен метров, в противном случае и километров опасения и льда по поводу заражения неповторимых закрытых экосистем «внешними» бактериями. Потому в том же легендарном озере Восток учёные всё «топчутся» на месте, не смотря на то, что следы микроорганизмов в том месте в далеком прошлом отысканы, ещё на подходе скважины к границе лёд-вода.
Blood Falls же предоставил биологам неповторимую возможность взять в собственные руки образцы воды с огромной глубины без риска заражения «тайного» оазиса, запрятанного в одной из сухих равнин Антарктиды. И вот сейчас заявлено сходу о нескольких открытиях.
Генетический анализ продемонстрировал — под толщей ледника Тейлора живут 17 разных видов микроорганизмов. «Это мало похоже на находку леса, что никто не видел в течение полутора миллионов лет, — говорит одна из участниц изучения Энн Пирсон (Ann Pearson) из Гарварда (Harvard University), — Интригующе то, что эти виды во многом подобны современным организмам и одновременно с этим совсем хороши от них. Что, без сомнений, имеется итог проживания в таких жёстких условиях столь долгое время».
Изучение, которое возглавила Микуки (на снимке), финансировали Национальный научный фонд США (NSF), NASA и организация Harvards Microbial Sciences Initiative (фото Jill Mikucki).
Одно из условий — отсутствие растворённого в воде кислорода — продемонстрировал химанализ проб. «Это был тот момент, в то время, когда в самый раз кричать „Эврика!“ — говорит Микуки. Дальше начался настоящий детектив.
Во-первых, генетический анализ бактерий продемонстрировал, что они родственны известным бактериям, каковые применяют для дыхания сульфат. Но изотопный анализ кислорода в сульфате (что кроме этого в изобилии находился в воде из „Кровавого водопада“) привёл учёных к выводу, что подлёдные микробы, не смотря на то, что и применяют данное соединение в собственных потребностях, — вовсе не дышат им. А чем тогда?
Ответ посоветовал цвет водопада. Ещё раньше исследователи установили, что за рыжий оттенок отвечает ржавчина: вода, выходящая из ледяной трещины на божий свет, была очень богата растворимым двухвалентным железом, которое тут же окисляется, соединяясь с кислородом воздуха.
А двухвалентное железо в том месте имело возможность показаться, лишь в случае если его поставляли микробы, конвертируя из трёхвалентного железа, нерастворимого в воде.
Спутниковый снимок места действия, стрелкой помечен замороженный и иногда включающийся водопад (фото NASA).
Так, сформировалась стройная картина: 1,5-2 миллиона лет назад на этом месте был фьорд. В то время, когда началось оледенение, уровень моря упал и относительно маленький водоём на континенте был запечатан сверху замечательным ледником.
Микробы же, попавшие в западню, „не растерялись“. Они всё это время жили, перерабатывая остатки органики, закрытой вместе с ними, причём дышали они железом из окружающих пород (вместо кислорода) при содействии сульфата в качестве катализатора.
(Вся биогеохимия этого сообщества расписана в статье авторов открытия в Science, а кое-какие подробности — в пресс-релизе Дартмутского колледжа.)
Таковой цикл учёные уже воспроизводили в лаборатории, но ни при каких обстоятельствах не замечали в природе.
„Данный солёный пруд есть капсулой времени, — радуется Джилл. — Я не знаю второй таковой среды на Земле“.
Правильный размер скрытого водоёма — малоизвестен. Но предполагается, что он запрятан от солнца практически полукилометровой толщей льда, а тянется на расстояние практически четыре километра.
Микуки за сбором проб из «Кровавого водопада» (фото Jill Mikucki).
Выживание бактерий в таком негостеприимном месте снова подняло в научной среде тему »Почвы-снежка (Snowball Earth), другими словами догадки глобального оледенения, случившегося порядка 650-700 миллионов лет назад и покинувшего по окончании себя последовательность геологических «примет».
Учёные в далеком прошлом спорят — было ли то оледенение полным (по некоторым оценкам, практически вся Почва — от полюса до полюса — превратилась тогда в единый ледяной шарик, позднее её вернули к судьбе вулканизм и выбрасываемый в воздух в углекислый газ) либо кое-где оставались открытые участки океана. Спорят и о силе, а также длительности оледенения (имеется версия, что оно складывалось из нескольких «частей», перемежавшихся паузами-оттепелями). Так или иначе, но один из самых интригующих вопросов — как жизнь на Земле не оборвалась в эту эру?
На данный вопрос имеется пара теоретических ответов, и в полной мере быть может, тогда сработало сходу пара «схем» выживания. Но микробы из Blood Falls — это не просто ответ, а натурная модель для того чтобы процесса адаптации к ледяному плену, пускай ловушка в Антарктике захлопнулась намного ближе к нашему времени.
Учёные в далеком прошлом соотносят гипотетическую подлёдную биосферу Антарктиды (на этом континенте имеются не только скрытые миллионы лет назад озёра, но целые изолированные реки) с потенциальным методом сохранения судьбы в куда более раннюю эру — другими словами в криогенийский период.
Сейчас таких «экспертов по выживанию» возможно практически пощупать.
В криогенийский период похолодание зашло весьма на большом растоянии. Возрастающий рост льда на полюсах повышал альбедо планеты, что приводило к её предстоящему охлаждению.
А ещё заморозка воды приводила к падению числа туч, что кроме этого снижает температуру.По окончании того как всё совсем замёрзло и фотосинтез практически или полностью замер, начать обратный процесс разогрева смогли лишь вулканы, за счёт которых в воздухе накопилось огромное количество углекислого газа (в 350 раза больше, чем на данный момент, – до 13% атмосферы), и метана – их нечему было усваивать. За миллион лет парниковых газов набралось достаточно, дабы запустить процесс разморозки, на что ушло, предположительно, всего 1000 лет. Сейчас жизнь испытала замечательный всплеск, что за пара следующих тысячелетий опять поменяло воздух (вернуло ей кислород и убрало лишний CO2) (кадры BBC).
А ещё бактерии из-под ледника Тейлора являют собой живой пример микроорганизмов, каковые имели возможность бы развиться в жёстких условиях Европы и Марса. И не первый таковой пример, увидим. вариативность и Приспособляемость бактерий — потрясает.
Так как нашли же учёные жизнь в толще пород под морским дном и в глубочайшей золотой шахте. Про экстремофилов из тёмных курильщиков и сказать нечего. В общем, в том месте, где нет фотосинтеза, жизнь находит иные пути для включения энергетических цепочек.
И не напрасно прототипы роботов, каковые должны искать микробов на обледенелом юпитерианском спутнике, исследователи собираются тестировать как раз в Антарктике, например, в всегда покрытом льдом озере Бонни (Lake Bonney), именно связанном с ледником Тейлора.
Подобно возможно заявить, что пример бактерий из Blood Falls показывает возможность сохранения судьбы не только в далёком прошлом, но и в весьма далёком будущем — какие конкретно бы потрясения климата отечественную планету ни ожидали. Пускай перемены эти смогут быть не такими стремительными, как пресловутое глобальное потепление. (О многократной сборке-разборке континентов и её связи с климатом планеты мы подробно говорили).
«Я пологаю, что это фантастическое изучение, — говорит Алан Кауфман (Alan Kaufman), биогеохимик из университета Мэриленда (University of Maryland), прокомментировавший работу Джилл. — Оно показывает впечатляющие новые условия, каковые мы можем изучить, чтобы выяснить „жизнь на грани“.
„Такое место, как это, имеется, возможно, самый близкий аналог условий для жизни подо льдами Марса, какой мы лишь можем отыскать“, — вторит ему гляциолог Славек Тулачик (Slawek Tulaczyk) из университета Калифорнии (University of California, Santa Cruz).
Экстремофилы (Extremophile) – весьма разнообразны. Одним нипочём холод и темнота, вторым – ужасная жара, как бактериям в тёплых ключах Йеллоустоуна (фото Jim Peaco, National Park Service).
А ведь ещё существуют бактерии, устойчивые к большой радиации, ужасной солёности, сильному ультрафиолету, »практически космосу и очень сильно щелочной среде.
Жизнь в экстремальном холоде и жизнь в кипятке, жизнь в солях и подкислённой среде, жизнь без кислорода — чего ещё изволите? Природа богата на выдумки. Такие мысли приходят по окончании ознакомления с открытием Микуки и её соратников.
И кто затем будет сомневаться, что жизнь вероятна и вне Почвы?