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

что мы были хорошо подготовлены: Донато низко наклонился, обхватив меня руками, а я склонилась над озером и заполняла водой один шприц за другим. Скользкая глина у берега грозила затянуть мои ноги в воду в любой момент, однако я устояла. Удивительно, но вода была не очень горячей – около 40 °C. Если бы это была не разъедающая кожу кислота, окунуться было бы приятно. Мы завершили напряженный процесс сбора образцов без всяких инцидентов, перенесли шприцы с жидкостью на сравнительно плоскую поверхность, где температура почвы была не такой высокой, чтобы расплавить сапоги, и начали долгий процесс фильтрации микробов.

Совсем не просто продавить через фильтр воду с большим количеством глины и кусочков серы. В обычных условиях это заняло бы у нас целую вечность. В обычной ситуации нашему проводнику Карлосу Рамиресу незачем было бы обращать на нас внимание, пока мы выполняем свою работу, и он мог бы сосредоточиться на организации следующего похода. В обычной ситуации совершенно неважно, сколько времени мы пробудем на месте, пытаясь продавить последние капли жидкости через забитый фильтр. Но то был необычный день: мы находились в кратере действующего вулкана, и каждая дополнительная проведенная здесь минута повышала вероятность катастрофы. Карлос схватил в обе руки по фильтру, взобрался на плоский камень и, используя его в качестве подставки, стал продавливать воду через фильтр с мелкими порами диаметром 0,2 микрометра, нажимая на поршни. Пока мы работали, я подумала, что стоит спросить его о плане спасения, если вдруг начнется извержение. Он радостно взглянул на меня и ответил: “О, я так рад, что вы спрашиваете! Стратегия проста. Если начнется извержение вулкана, надо повернуться к нему и наслаждаться зрелищем… поскольку оно станет для вас последним”.

Может показаться, что Карлос драматизировал ситуацию, однако через пятьдесят четыре дня после того, как мы забирались в кратер, произошло самое сильное извержение Поаса после 1960-х годов. Струи пара, камней и кислоты взметались в небо на километровую высоту целых две недели. Шлейф был виден даже в Сан-Хосе. Наши коллеги из OVSICORI, которые, к счастью, во время извержения находились на безопасном расстоянии в своих офисах, послали нам последние кадры, заснятые их веб-камерами, пока их не разнесло взрывами. Недоверчиво разглядывая снимки, я искала глазами то место, где всего несколько недель назад переминалась с ноги на ногу на зыбкой раскаленной земле – на той самой земле, что взорвалась гигантским фонтаном. Оглядываясь назад, я понимаю решение Стива не идти на вулкан, дабы не испытывать судьбу.

Когда вулкан поутих, несколько моих коллег отправились на смотровую площадку, долгое время остававшуюся закрытой, и послали оттуда невероятное видео, на котором было видно, что вся она покрыта золой и окутана густым, плотным дымом. Это напоминало какой-то инопланетный пейзаж, несравнимый с тем, что мы видели в ясный день двумя месяцами ранее, когда я перелезла через перила смотровой площадки, чтобы идти в поход. Когда ситуация успокоилась настолько, что можно было послать дроны для наблюдений за озером, коллеги обнаружили, что озеро исчезло – испарилось при извержении. В последующие месяцы оно опять наполнилось водой из вулканических глубин и от постоянных дождей, которыми Коста-Рика знаменита.

Как выжить в кислоте под взрывами

Мое пребывание на вулкане длилось всего несколько часов, и то я была рада вернуться домой целой и невредимой. Но микробы всю жизнь плещутся в кислотном озере, хотя кислота убивает микроорганизмы так же легко, как убила бы меня1. Кислая среда возникает из-за присутствия в растворе избытка протонов. И эти протоны готовы реагировать с чем угодно, а не только с водой. Для микробов это создает серьезную проблему, поскольку почти все важнейшие компоненты клетки (белки, ДНК, РНК, липиды и другие метаболиты) содержат химические структуры, которые перестают работать при контакте со слишком большим количеством протонов. ДНК образует двойную спираль потому, что две ее нити удерживаются вместе благодаря водородным связям, образованным такими вот протонами. Но в кислоте каждая нить спирали будет взаимодействовать с протонами из воды, а не из противоположной нити, и двойная спираль не образуется, поскольку “Марко” не сумеет найти своего “Поло”. По той же причине нарушается структура белков, РНК и липидов.

Мало того, что кислота разрушает биомолекулы, она уничтожает жизнь и на более фундаментальном уровне. На мембране любой живой клетки существует градиент электрического заряда и pH[34]. Клетка поддерживает этот градиент, тщательно контролируя количество протонов внутри и снаружи. А кислота рассылает протоны, как тяжелая артиллерия – снаряды, угрожая разрушить жизненно важное протонное равновесие.

Вот как это работает. Все живые клетки постоянно выталкивают протоны во внеклеточное пространство. В результате протоны накапливаются снаружи, нарушая химическое равновесие, что заставляет их стремиться обратно в клетку, которая вновь их изгоняет. Это электрохимическое давление называют протон-движущей силой. “Движущей” – по той причине, что при проникновении обратно в клетку протоны активируют белок АТФ-синтазу, который синтезирует для нас АТФ. АТФ обеспечивает энергию, необходимую для осуществления буквально всех внутриклеточных функций, это своего рода валюта клетки. Что бы клетка ни делала, она использует АТФ. Без АТФ гибнут и люди, и микробы. Но возвращающиеся в клетку протоны запускают не только синтез АТФ, но и работу некоторых клеточных элементов. Например, так называемые моторные белки, которые заставляют двигаться жгутики, за счет чего клетка плавает, работают непосредственно благодаря проникающим в клетку протонам. Использование градиента протонов позволяет жгутикам двигаться гораздо быстрее, чем если бы им пришлось дожидаться синтеза АТФ. Это как платить кредитной картой, вместо того чтобы идти в банкомат за наличными.

А протонный градиент – это фактически и есть градиент pH. Учитывая важную роль этого градиента для производства энергии, а следовательно, для жизни, клетка стремится к тому, чтобы ее внешнее окружение было более кислым, чем внутриклеточная среда. Жизнь затрачивает много энергии на поддержание градиента pH, чтобы все клеточные механизмы могли функционировать. И тогда возникает интересный вопрос. Может быть, клетки в кислых вулканических озерах прибегают к теневой экономике? Вдруг они получают энергию бесплатно, используя безграничный запас протонов, стремящихся ворваться в клетку, запустить белковые моторы и без затрат произвести АТФ? Но существует проблема. Если клетка никак не контролирует этот процесс, мощный градиент pH разрушит ее, как вода разрушает дамбу. Даже если вам хочется пить, струя воды из пожарного шланга может вас убить. Большинство клеток человеческого тела даже при нейтральном значении pH должны выбрасывать протоны наружу, но микробным клеткам в кислых вулканических озерах (при pH = 0,85!) еще сложнее защищаться от протонов,