Новая форма жизни указывают на огромный «подземный Галапагос»
Что-то странное шевелится в глубине канадской шахты Кидд. Цинковый и медный рудник, расположенный в 350 милях к северо-западу от Торонто, является самым глубоким местом, когда-либо исследованным на суше и резервуаром самой старой из известных вод. И все же на 7 900 футов ниже поверхности, в вечной темноте и в водах, которые оставались нетронутыми до двух миллиардов лет, шахта кишит жизнью.
Многие ученые сомневались, что в таких экстремальных условиях может кто то выживать.
Но в июле группа во главе с геологом Университета Торонто Барбарой Шервуд Лоллар сообщила, что в темной глубокой воде шахты обитает множество замечательных микробов .
Одноклеточные организмы не нуждаются в кислороде, потому что они дышат соединениями серы. И при этом им не нужен солнечный свет. Вместо этого они живут за счет химических веществ в окружающей породе — в частности, сверкающего минерального пирита, широко известного как золото дурака.
«Это удивительная система, в которой организмы буквально едят золото дурака, чтобы выжить», — сказал Лоллар.
Лоллар взволнована не только из-за своеобразной, по-видимому, горной жизни шахты, но и из-за растущего осознания того, что странные новые формы жизни могут быть не такими уж странными. Ученые начинают находить подобные микробы в других глубоких местах , в том числе в скважинах, вулканических жерлах на дне океана и погребенных отложениях далеко под морским дном.
«Глубокая микробная сфера раскрывает биосферу, которая является более обширной, устойчивой, разнообразной и странной, чем мы могли себе представить», — сказал Роберт Хейзен, минералог в геофизической лаборатории Института Карнеги в Вашингтоне и соучредитель Deep Carbon Observatory, глобального проекта чтобы изучить глубокую биосферу .
Отрезанный от света, воздуха и любых связей с поверхностью, этот призрачный мир больше похож на инопланетный мир, чем на часть Земли. Хазен сказал, что изучение этого может помочь нам понять, как жизнь могла начаться на других планетах, а также на нашей собственной. Мы могли бы даже найти инопланетных существ, живущих незамеченными прямо под нашими ногами.
Новая форма жизни на дне
Работа Лоллара основана на отчете ученых Глубокой углеродной обсерватории, опубликованном в 2018 году, который впервые попытался составить полную карту всей глубины биосферы Земли.
В отчете, открывающем глаза, команда во главе с Cara Magnabosco, геобиологом из швейцарского технического университета ETH Zurich, оценила, что в глубине Земли живет около 5 x 10 ^ 29 клеток : это пятьсот тысяч триллионов триллионов клеток , В совокупности они весят в 300 раз больше, чем все живые люди вместе взятые. Команда описывает эту скрытую экосистему как «подземный Галапагос».
Глубинные обитатели — экзотическая группа, даже за пределами их аппетита к твердому року. Один вид, микроб Geogemma barossii, может жить при температуре 250 градусов по Фаренгейту — намного выше точки кипения воды и близко к теоретическому пределу, при котором жизненно важные органические молекулы начинают распадаться.
Отдельные исследования материала, пробуренного возле Марианской впадины в Тихом океане, намекают на то, что некоторые организмы могут жить в шести милях ниже морского дна . Лабораторные эксперименты показывают, что некоторые микробы могут выдерживать давление, в 20 000 раз превышающее атмосферное давление на уровне моря , что означает, что почти наверняка есть более экстремальные экосистемы, чем в шахте Кидда.
«Мы обнаруживаем, что на самом деле не понимаем границ жизни», — сказала Лоллар.
Темпы существования в глубине также, по-видимому, радикально отличаются от темпа на поверхности. В древних условиях, таких как воды на дне шахты Кидда, продовольствия и энергии мало. Чтобы их компенсировать, клеточный метаболизм замедляется почти до полной остановки.
«Многие микробы могут выживать в течение тысяч и более лет без деления, просто заменяя их сломанные части», — говорит Карен Ллойд, микробиолог из Университета Теннесси, который изучает жизнь на дне океана.
Подобных микробов так много, что, несмотря на кажущееся ленивым и бесполезным их существование, они коллективно оказывают огромное влияние на среду обитания. Например, сообщество клеток на дне океана потребляет газ метан, который пузырится из древних отложений. «Глубокие подземные микробы поглощают огромное количество метана, который в противном случае мог бы быть выделен», — сказал Ллойд, помогая обуздать атмосферный уровень мощного парникового газа.
Вернуться к началам истории
Один из больших вопросов, стоящих перед Лоллар, заключается в том, как сообщество глубоководных обитателей на шахте Кидд связано с сообществами, найденными в других шахтах или под океанами. «Количество систем, на которые мы смотрели до сих пор, действительно ограничено, — сказала она, — но они, вероятно, имели единственное происхождение в какой-то момент в 4-миллиардной истории жизни».
Если так, то все еще должны быть подсказки о том, когда и как жизнь впервые колонизировала бездну.
Окаменелости показывают, что поверхностная жизнь сильно изменилась за миллиарды лет, но глубокая медленная жизнь может сохранить большую часть своих примитивных характеристик. Это особенно верно для шахты Кидда, которая находится в одной из самых старых и стабильных частей земной коры.
(Камень в руднике и вокруг него лежал нетронутым в течение 2,7 миллиардов лет и был достаточно прохладным, чтобы поддерживать жизнь как минимум 2 миллиарда лет.)
Лоллар хочет упорядочить гены микробов Кидд-Крик, а затем провести анализ в стиле 23andMe, чтобы выяснить их родство с другими обитателями глубокой Земли: все ли они все еще являются близкими родственниками, или они диверсифицированы и значительно адаптированы к местным условиям? Это деликатный проект, но она надеется получить результаты в течение года или двух.
Такие исследования могут дать подсказки о том, где жизнь впервые возникла на Земле. Чарльз Дарвин предположил, что начало могло произойти в маленьком теплом пруду, но «нет абсолютно никаких причин, по которым это не могло быть тёплым небольшим каменным разрушением», сказала Лоллар. Она отметила, что во многих отношениях дышащие серой микробы, живущие под толстыми защитными слоями породы, были бы хорошо приспособлены к жестоким условиям на нашей планете, когда она была молодой.
Другая, еще более странная возможность состоит в том, что жизнь зародилась более одного раза, а другие формы все еще существуют где-то на Земле.
«Мы буквально только поцарапали поверхность глубокой биосферы», — сказал Хазен. «Могут ли быть целые домены, которые не зависят от ДНК, РНК и белковой основы жизни, как мы ее знаем?» Возможно, мы просто еще не нашли их.
Пол Дэвис, физик из Университета штата Аризона, давно выступает за систематические поиски такой «теневой жизни». Недавние набеги в глубокую биосферу показывают, как это можно сделать. Поскольку известные организмы не могут выжить при температуре выше 250 градусов по Фаренгейту, Дэвис предлагает отправиться в экстремальные условия (например, вокруг подводных вулканических жерлов) и проверить все, что кажется живым при температуре около 300-400 градусов по Фаренгейту.
«Это будет выдвигаться в качестве кандидата на теневую жизнь», — сказал он.
Будучи очень осторожной, Лоллар указывает, что она не нашла никаких доказательств теневой жизни на шахте Кидд. Но она от всей души соглашается с тем, что ученым необходимо широко раскрывать то, что может скрываться в глубоком мире: «Мы видим только то, что ищем. Если мы чего-то не ищем, мы упускаем это».
