Обитатели земных глубин. О самых странных существах на планете - Карен Ллойд

Еще один процесс, способствующий перемещению химических веществ в земной коре, называют спредингом или рифтингом: это когда две тектонические плиты расходятся и между ними остается пустое пространство. Словно вы роете песок на пляже, а в образующиеся траншеи устремляется вода. Однако при спрединге происходит кое-что еще. Разъединение двух фрагментов земной коры толщиной в сотню километров производит мощный эффект, нарушающий стабильность лежащей под ними мантии. Нестабильная мантия высвобождается и поднимается к поверхности. Когда это происходит, давление на мантию резко падает (примерно то же самое случается при слишком быстром всплытии водолаза, что приводит к кессонной болезни), температура плавления мантии понижается – и она становится жидкой, что дополнительно усиливает ее выброс. Такой каскад событий высвобождает дьявольские силы и вызывает извержение вулкана. Аналогичный процесс разжижения мантии происходит и в субдукционных зонах, поскольку погружение океанической плиты сопровождается попаданием в мантию воды и выбросом магмы. Так образуются вулканические дуги – удивительные цепи гор вроде тех, что пронизывают западную часть Южной, Центральной и Северной Америки, а также Японию, Индонезию и другие территории Земли.

При извержении вулканов, как и при субдукции, в прочных и твердых камнях возникают полые трещины и разломы, позволяющие химическим соединениям перемещаться. Даже когда все спокойно, морская вода продолжает просачиваться под землю благодаря тепловым конвективным ячейкам, создаваемым градиентом температуры, который всегда существует под поверхностью. Когда океанская вода оказывается в контакте с глубокими слоями земных недр, она переходит в перегретое состояние и насыщается металлами и разными химическими соединениями. А при выбросе обратно на поверхность она смешивается с другими компонентами морской воды. И на всех стадиях процесса живые организмы из подземной биосферы получают энергию, выделяющуюся в ходе этих реакций. Если представить себе Землю не как место обитания, а как единый живой организм, эти глубокие трещины можно сравнить с артериями, доставляющими к клеткам необходимые для жизни питательные вещества. Подобные процессы заполнения пустот оставили заметные следы в виде гигантских шрамов, словно от ударов огромной бейсбольной битой, на дне Тихого, Атлантического и Индийского океанов.

Однако для доставки богатых энергией химических соединений в подземную биосферу не всегда нужно пробиваться через океаническую плиту. В некоторых местах, таких как Мексиканский залив или Средиземное море, есть глубоко залегающие отложения соли, оставшиеся от древних озер, высохших и превратившихся в соляную корку миллионы лет тому назад. Эти солевые отложения характеризуются более высокой плавучестью, чем наслоения на их поверхности. И когда соль медленно всплывает сквозь слои отложений, она проделывает новые бреши, через которые подземные жидкости поднимаются с больших глубин.

Аналогичные процессы происходят и на суше. Однако в этом случае тепловая конвекция приводит в движение не морскую воду, а то, что геологи называют “метеорной водой”[5]. Когда я впервые услышала это выражение, я подумала, что речь идет о воде из метеоров (потрясающе!), однако, как выяснилось, так называют банальную подогретую дождевую воду. Перемещения воды создают для микробов места обитания, и такие экосистемы могут существовать за счет химических веществ, а не солнечного света. Я говорю “могут”, поскольку большинство таких сред остаются неизученными.

Таким вот образом необходимые для жизни химические соединения циркулируют в земной коре. Но как они попадают туда изначально? Одна из самых мощных реакций, приводящих к образованию подобных соединений, происходит при смешивании воды с минералами – оливинами и перидотитами – в условиях повышенных давления и температуры, что сопровождается выделением водорода и восстановленного железа. Сейчас этот процесс, называемый серпентинизацией, считается одним из главных кандидатов на роль источника первой жизни на Земле, поскольку он приводит к образованию всех необходимых для жизни химических соединений и не нуждается в солнечном свете для их окисления. Кроме того, химические соединения образуются при погружении тектонических плит в зонах субдукции (вспомните о кусочках пластилина на мячике). При этом из минералов высвобождаются диоксид углерода, монооксид углерода[6], металлы, сера и азот, которые растворяются в воде, где могут использоваться микробами. Поддерживающие жизнь химические соединения возникают даже в таком простом процессе, как трение горных пород при землетрясениях. Хемолитоавтотрофы, существующие за счет этих химических соединений, погибая, превращаются в пищу для целого ряда других микроорганизмов и подобно растениям способствуют организации сложных и разнообразных экосистем.

Одна из самых удивительных движущих сил хемолитоавтотрофии – это радиация. Если подвергнуть воду воздействию радиации, она расщепляется на кислород и водород, которые относятся к числу наиболее ценных химических молекул для питания хемолитоавтотрофов. Мы знаем о радиации в связи с созданием ядерного оружия и его захоронением. Однако вокруг нас постоянно распространяется естественная радиация. Энергия, благодаря которой миллиарды лет назад возникли все химические элементы, в том числе способствовала образованию радиоактивных элементов вроде тория и урана, распадающихся спонтанно, но очень медленно. И поэтому все отложения в любом месте непрерывно излучают микроскопические дозы радиации – слишком незначительные, чтобы оказывать на нас негативное влияние, но достаточные для расщепления воды и поддержания жизни микробов. В глубочайших недрах Земли (в шахте на глубине почти трех километров)[7] был обнаружен микроорганизм, именуемый Desulforudis audaxviator, его видовое название переводится как “отважный путешественник”[8]. Он очень давно не контактировал с внешним миром и, возможно, существует исключительно за счет химических веществ, образующихся под действием радиации¹. Совсем неплохо жить прямо рядом с кормушкой! Единственный недостаток заключается в том, что уровень этой радиации настолько низкий, что и пища образуется очень медленно. Такой способ существования подходит только отпетым лентяям и как будто специально предназначен для обитателей земных глубин.

Некоторые из подземных жителей сочетают химические вещества из-под земли с кислородом и окисленными соединениями из внешнего мира. Однако другие, такие как метаногены и ацетогены, могут жить исключительно за счет химических веществ из земной коры, так что отсутствие солнечного света их вообще не беспокоит.

Чтобы оценить, насколько это необычно, представьте, что произошло бы, если бы сейчас исчезло солнце. Все фотосинтезирующие организмы, такие как домашние растения и водоросли, погибли бы за несколько лет. Другие формы жизни еще какое-то время продержались бы, поедая остатки растений. Полагаю, что люди протянули бы лишь несколько лет после гибели растений. Наверное, какие-нибудь тараканы прожили бы еще сотню лет, но не другие животные. Грибы и бактерии, поглощающие растительный материал и кислород,