Под нами существует цивилизация, которая питается землетрясениями: как глубинные микробы научились черпать энергию из тектонических разломов?
Под нашими ногами, в вечной темноте и под колоссальным давлением, существует скрытая от глаз биосфера. Миллиарды лет она живёт своей, неспешной жизнью, полностью отрезанная от солнечного света — главного двигателя жизни на поверхности. Долгое время фундаментальный вопрос оставался без ответа: чем питаются эти глубинные микроорганизмы? Откуда в мёртвой, казалось бы, толще горных пород берётся энергия? Новое исследование проливает свет на этот мрак, предлагая удивительно элегантный ответ: жизнь в недрах может питаться самой мощью планеты — энергией, высвобождаемой при разломе скал.
Вселенская проблема: чем платить по счетам?
Чтобы понять всю значимость этого открытия, нужно вспомнить базовый принцип существования любой жизни. Каждый организм, от бактерии до человека, — это, по сути, биохимическая машина, которой для работы нужен постоянный поток энергии. На поверхности всё просто: растения улавливают энергию Солнца, мы едим эти растения (или тех, кто их ест) и дышим кислородом. В этой паре «пища (донор электронов) — кислород (акцептор электронов)» и заключается секрет нашего метаболизма. Учёные называют такие пары окислительно-восстановительными, или редокс-парами.
Но что делать в километре под землёй, где нет ни растений, ни кислорода? Это главная загадка глубинной биосферы. Учёные знали, что некоторые реакции между водой и минералами могут производить водород — отличный «донор электронов», то есть пищу. Но, как метко выразилась Барбара Шервуд Лоллар из Университета Торонто, «еда может стоять на столе, но если у вас нет вилки, вы есть не будете». Энергетической «вилкой» в данном случае выступает акцептор электронов. Без него пища-водород бесполезна. Где же микробам взять эту «вилку»?
От камня до пира: химия на кончике разлома
Именно здесь команда исследователей под руководством Курта Конхаузера и Барбары Шервуд Лоллар совершила прорыв. Они задались вопросом: а что, если сам процесс разрушения породы, который создаёт водород, одновременно готовит и всё остальное для «банкета»?
В лаборатории они смоделировали условия сейсмического разлома, подвергнув кристаллы кварца (одного из самых распространённых минералов в земной коре) огромному напряжению в присутствии воды и соединений железа. Результаты превзошли все ожидания.
- Основное блюдо. Как и предполагалось, при дроблении кварца его свежие, реакционноспособные сколы активно расщепляли молекулы воды, генерируя большое количество водорода. «Еда» на столе появилась.
- Столовые приборы. Но произошло и нечто более важное. Этот процесс порождал не только стабильный водород, но и его крайне активные формы — радикалы. Эти агрессивные частицы немедленно вступали в реакции с окружающими веществами, в частности с железом. В результате этой вторичной химии образовывался целый каскад соединений, способных выступать в роли тех самых недостающих «вилок» — акцепторов электронов.
Таким образом, физический акт разрушения породы запускал целую химическую фабрику, которая готовила для микробов полноценные редокс-пары. И не одну, а, по словам Конхаузера, «совершенно новый набор» метаболических путей. Это уже не просто скудный паёк, а настоящий «шведский стол» с разными источниками энергии.
Новый взгляд на обитаемость: от очагов жизни до Марса
Последствия этого открытия выходят далеко за рамки фундаментальной биологии. Они заставляют нас по-новому взглянуть на то, где в принципе может существовать жизнь.
Во-первых, это означает, что тектонически активные разломы — это не просто геологические шрамы, а потенциальные «оазисы» микробной жизни, настоящие горячие точки биоразнообразия в глубинах планеты. Там, где порода трещит и движется, постоянно генерируется энергия, поддерживающая целые экосистемы.
Во-вторых, что ещё более интригующе, для этого не нужны сокрушительные землетрясения. Подобные реакции могут происходить и при медленном, почти незаметном растрескивании пород под давлением, например, в стабильных континентальных щитах. А это открывает дорогу к самому захватывающему выводу: жизнь, основанная на таком механизме, может существовать на других, казалось бы, «мёртвых» планетах.
Возьмём, к примеру, Марс. Его тектоника давно затихла, но планета не является абсолютно статичной. Температурные колебания, внутреннее давление и микросдвиги в породах могут вызывать локальные разломы. Если там, в глубине, есть вода и нужные минералы, то этого может быть достаточно для питания гипотетической марсианской микробной жизни. Механохимия — химия, рождённая движением, — становится универсальным рецептом выживания.
Пациенты вечности
Наконец, это открытие предлагает элегантное объяснение существованию так называемых «эонофилов» — микробов-долгожителей. Учёные обнаружили в глубинных породах организмы, чей метаболизм настолько замедлен, что они, кажется, существуют на грани жизни и смерти, проживая тысячи и миллионы лет. Как они выживают?
Возможно, они просто ждут. Они дремлют в темноте, экономя каждую крупицу энергии, и ждут следующего крупного землетрясения. Это редкое, но чрезвычайно мощное событие обеспечивает их «энергетическим пиршеством», которого хватает на следующие десять тысяч лет спячки. Жизненный цикл, растянутый на геологические эпохи, — что может быть более чуждым и одновременно более логичным для обитателей недр?
В конечном счёте, это исследование — ещё один важный шаг к пониманию того, насколько наша планета живая, причём в самых неожиданных своих уголках. Оно показывает, что жизнь способна извлекать энергию не только из ласковых лучей далёкой звезды, но и из грубой, сокрушительной силы, дремлющей в камне под нашими ногами. Холст, на котором природа рисует жизнь, оказался гораздо шире, чем мы могли себе представить.
