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

реакциях, чтобы предсказывать новые метаболические пары окислителей и восстановителей, способные поддерживать жизнь. А еще одно достоинство этих термодинамических правил заключается в том, что они действуют не только на Земле. Они открывают перед нами двери к неизведанным источникам жизни на нашей планете, но также позволяют нам в этом поиске выйти за ее пределы.

Умение обитателей земных глубин дышать такими необычными способами поразительно, но это не единственное, на что они способны благодаря своему свободному подходу к термодинамике. Держитесь крепче, скоро вы увидите, что жизнь бывает еще причудливее.

Глава 7

Жизнь на грани возможного

Чтобы рассказать о других странностях, я должна изложить концепцию, не имеющую аналогии в нашей повседневной жизни. Мне придется говорить о “термодинамическом пространстве”. В предыдущей главе я объясняла, что живые существа могут дышать не только кислородом, но даже минералами – попросту потому, что дышать минералами выгодно в термодинамическом и кинетическом плане. Возможно, решение неожиданное, но понять такую идею несложно. К сожалению, аналогии для концепции термодинамического пространства и его связи с живыми организмами в человеческой жизни нет. Поэтому нам с вами придется выйти за привычные границы.

Термодинамическое пространство определяется спектром химических реакций, способных поддерживать существование живых организмов в конкретной среде. Поскольку обитатели земных недр часто существуют на границе термодинамически допустимых условий, изменения их термодинамического пространства отличаются от того, с чем сталкиваемся мы. Большинство организмов, с которыми мы напрямую контактируем, как и мы сами, либо дышат кислородом, либо осуществляют фотосинтез. Хотя эти процессы и высокоэнергетические, термодинамические условия такого существования фактически не меняются. Без пищи мы погибнем, как и без кислорода, но наше термодинамическое пространство при этом не изменится. Зернышко риса даст нам одно и то же количество энергии вне зависимости от того, голодаем мы или нет.

Если я напрягусь и попытаюсь-таки подобрать аналогию, которая могла бы передать опыт изменения термодинамического пространства, это будет путешествие. С вами не случалось, что, приехав в новое место, вы начинали чувствовать, будто все, что вам казалось реальным, вдруг исчезло? Наверное, нечто подобное происходит с обитателями земных глубин при изменении их термодинамического пространства: их способ дыхания вдруг перестает приносить энергию, хотя реагирующие вещества все еще есть.

Со мной однажды произошел такой фокус, когда я была в Сеуле, в Южной Корее. Мы с коллегами сидели за ужином, а официанты вереницей подходили с небольшими порциями еды и уносили пустые тарелки. Блюда были интересными и незнакомыми: ярко-розовый суп, искусно разложенные овощи, одна-единственная креветка-бабочка на решетке из чего-то плотного. Я с удовольствием принялась жевать решетку, но ко мне тут же бросился раскрасневшийся от смущения официант и сообщил, что она сделана из пластика. На следующий вечер у нас опять был банкет, мы болтали с коллегами, а официанты приносили блюдо за блюдом. Я подняла глаза и увидела нежную говяжью котлету на подложке из каких-то палочек. “Ага, – подумала я, – вчера все мне было в новинку, но теперь-то я знаю, что едят, а что нет. Это подложка из палочек, палочки не едят”. Как бывалый путешественник, я расправилась с мясом и оставила палочки на тарелке. Заметив их, официант удивленно взглянул на меня, и я тут же их съела. Они были обалденно вкусными.

Для обитателей земных глубин погружение в другие подземные слои, выброс на поверхность из грязевого вулкана и многие другие изменения термодинамического пространства, наверное, таят в себе столько же неожиданностей, как для нас – ужин в незнакомой стране. В этой главе я опишу нашу работу на архипелаге Шпицберген в Норвегии, где обитатели земных недр имеют уникальную возможность изменять свое термодинамическое пространство. А потом расскажу, как они ведут себя в таких странных термодинамических ситуациях: ведут термодинамическую войну, добывают энергию, чередуя прямое и обратное дыхание[44], и умудряются жить при абсолютном минимуме энергии.

Шпицберген, Норвегия, 79° северной широты, 2016 год

Была середина ночи, но светило яркое солнце. Я повернулась к своей аспирантке Джой Бонджорно и спросила: “Ты в порядке? Пойдем спать или займемся следующим керном?” В июле на 79-й параллели северной широты, проходящей выше основной части Гренландии, Канады и России, солнце не заходит. На протяжении суток оно движется по небу по эллиптической траектории. Если бы мы с Джой участвовали в съемках для телепередачи, мы бы просто поместили наши образцы в гигантский аппарат и получили готовые данные. Но в реальной жизни ученые работают иначе. Много часов мы делали тонкие срезы кернов и готовили их для последующих измерений в лаборатории по возвращении домой. С учетом шестичасовой разницы между часовыми поясами, яркого полуночного солнца и понимания, что максимально быстрая обработка кернов позволит получить наиболее качественные данные, мы с Джой не намеревались идти спать. Она ответила: “Если ты готова продолжить, я тоже. Давай возьмем следующий керн”.

Мы работали за самодельным столом в крохотном научном городке Ню-Олесунн на побережье Кингс-фьорда – части архипелага Шпицберген в Северном Ледовитом океане. Со всех сторон нас окружали голубые ледники и островерхие горы. Вершины гор имели причудливую пирамидальную форму, образовавшуюся в результате неравномерного выветривания горных пород. За эти вершины в форме короны фьорд и получил свое название “королевского”. Изредка мимо нас пробирались арктические тюлени и лисы, а низкорослые пушистые олени, казалось, не видели ничего, кроме мха или травы. Медленно проплывали гигантские айсберги ярко-синего цвета, как напиток Blue Razzberry, который обожают мои дети. А глупыши – похожие на чаек птицы с плотными телами в форме пассажирских самолетов – скользили по поверхности воды, как художники, рисующие воздухом. На архипелаге нет деревьев или высоких кустов, так что бриз не порождал никаких звуков за исключением легкого плеска волн. Другими различимыми звуками были ритмичные хлопки разрываемых пластиковых пакетов Whirl-Pak, чпоканье кримпера, с помощью которого мы запечатывали стеклянные флаконы с растворенными газами, и хлюпанье носов, вытираемых рукавами курток.

Мы с Джой работали на франко-германской станции AWIPEV, а еду для всего населения города готовили служащие Кингс-фьорда, которые выполняли всю организационную работу для поддержки исследований. Архипелаг Шпицберген – самая северная точка мира, где живут люди, он находится в двух тысячах километров к северу от Норвегии и в восьмистах километрах от Северного полюса. Теоретически он не принадлежит ни одной стране, что затруднило мне заполнение университетских формуляров при оформлении поездки. На практике, находясь на Шпицбергене, вы ощущаете себя либо в Норвегии, либо в России. Дело в том, что в соответствии с Версальским договором, подписанным по окончании Первой