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

верхнем мире и достигается в ферментерах. Давайте рассмотрим понятный пример. В сельдерее намного меньше калорий, чем в гамбургере или конфете. Если заменить вашу обычную высококалорийную пищу эквивалентным по массе количеством сельдерея (скажем, двадцатью стеблями), вы скоро умрете от голода. Но если вы будете съедать гору сельдерея, например двести пятьдесят стеблей, тогда в термодинамическом плане вы будете в порядке, хотя и в плохом настроении. Подобно человеку, питающемуся исключительно сельдереем, бродильщики сжигают огромное количество субстрата. Микробы, которых мы используем для производства пищевых продуктов, характеризуются низкой энергией, но высокой мощностью, поскольку мощность определяется скоростью передачи энергии.

Но обитатели земных недр не живут в пивных чанах и не получают ячменный солод лопатами. Каким количеством энергии они располагают в своем подземном мире? Правильно ли будет сказать, что эти микробы служат “закваской” земных недр и быстро растут, хотя и получают энергию малыми порциями? Мы уже знаем, как вычислять ΔG, так что для расчета мощности нужно лишь понять, насколько быстро протекают реакции. Чтобы проделать эти вычисления для обитателей земных глубин, можно воспользоваться приятной особенностью морских отложений: они часто осаждаются на дно с постоянной скоростью. Если положить керн ила горизонтально, можно измерить его длину и пересчитать в показатель времени. Определив изменение концентрации химических веществ, таких как сульфаты, вдоль керна, мы поймем, как быстро они расходуются[47]. Умножив эту скорость на ΔG, мы получим мощность, которой могут обладать обитатели земных глубин.

И результат выйдет невероятно скромным. Даже самые нетребовательные лабораторные культуры потребляют в тысячи раз большую мощность, чем имеется в распоряжении обитателей земных глубин7. И поэтому изучение жизни под поверхностью Земли сильно изменило наши представления о том, сколько энергии нужно для существования. Вывод такой: хотя глубокие слои океанских отложений представляют собой одну из самых обширных экосистем Земли, живущие здесь микробы вряд ли по-настоящему растут. В их распоряжении имеется 0,00001 % мощности, поддерживающей рост всех других клеток на Земле, так что даже одно-единственное клеточное деление становится невозможным[48].

Никогда не думала, что посвящу свою жизнь изучению гигантской экосистемы, в которой никто не растет. Но как раз этим я и занимаюсь! Страшно интересно изучать что-то совершенно непохожее на наш обычный мир. В частности, из экспериментов с E. coli мы знаем, что микроорганизмы дышат кислородом, пока он не заканчивается, потом приступают к нитратам, а когда исчерпаны и они, переключаются на брожение. Кроме того, клетки E. coli сначала поглощают лучшую еду, используя так называемую катаболическую репрессию, поскольку не желают потреблять низкоэнергетическую пищу, пока не закончилась более интересная. Именно так энергетика микроорганизмов представлена в большинстве учебников. Но благодаря обитателям земных глубин мы понимаем, что способы дыхания и питания E. coli – не универсальные правила в мире микробов, а лишь один из возможных вариантов. Обитатели земных недр игнорируют эти правила и начинают прямо с низкоэнергетической пищи, что позволяет им конкурировать с другими за счет сверхъестественной способности подчинять себе термодинамику и время.

И все же в биологии есть универсальные законы. Просто они гораздо менее строгие, чем подсказывает наша интуиция. Не отступая от этих универсальных законов, живые организмы придумали неожиданные способы изменять свое термодинамическое пространство, незнакомые нам по нашему повседневному опыту.

Одно из самых странных следствий термодинамических особенностей обитателей подземного мира заключается в том, что, согласно приведенным выше расчетам, большинство клеток в гигантском пространстве под поверхностью океанского дна вообще не растут. И это смелое утверждение. Почему организм предпочитает жить там, где не способен расти?

Как дарвиновская эволюция может происходить в таких условиях, где организмы не производят потомства, а следовательно, где невозможен естественный отбор? Чтобы ответить на эти вопросы, надо перестать отрицать, что некоторые живые существа способны жить очень-очень долго. Как микробы, которые падают настолько глубоко в термодинамическую пропасть, что выныривают с противоположной стороны и обращают вспять свой метаболизм, так и мы вынуждены будем примириться с противоречиями дарвиновской эволюции, чтобы понять смысл длительного отсутствия роста. Чтобы узнать, как работает эволюция в подземном мире, нужно пересмотреть часть наших предположений о продолжительности жизни, о которых, возможно, вы и не подозревали. Можете ли вы вообразить себе мир, где жизнь длится миллионы лет?

Часть III

Как обитатели земных недр влияют на наше понимание самих себя?

Глава 8

Бессмертные микробы

Бог-Саунд, округ Картерет, Северная Каролина, лето 1987 года

У меня в ушах стоял звон цикад, а бельевая корзина била по бедру, когда я шла по воде – такой теплой, что ее трудно было отличить от воздуха. Моя кожа покрылась солью, а колени были измазаны грязью. Бельевую корзину отец привязал к моей талии пропитанной водорослями веревкой со своей лодки. Мы с отцом и братом собирали гребешков в лагуне Бог-Саунд в Северной Каролине.

Гребешки – это двустворчатые моллюски с рифленой раковиной размером с человеческую ладонь. Они общительнее остальных: не зарываются в ил и не втягивают мантию и ногу, когда их потревожат, а сидят себе на дне, широко раскрыв раковину, смотрят вокруг двумя рядами сапфирово-голубых глаз и шевелят бахромой тоненьких выростов-щупалец. Они прекрасны, и когда мне было девять лет, я любила держать их перед глазами брата – наполовину в воде, наполовину над водой. Когда они захлопывали свои глазастые рты, брызги летели ему прямо в лицо. Проще, конечно, было бы плеснуть в него воду рукой, но гребешками гораздо интереснее. Бельевая корзина служила для сбора добычи: мы вытаскивали гребешков руками и держали в корзине под водой, пока продолжали охотиться. А вечером того же дня ели их в однокомнатной квартире отца, обжаривая на сливочном масле. Корзину потом опять использовали для белья. Финансовая ситуация не позволяла нам иметь две бельевые корзины.

Каждый раз, бродя по мелководью в поисках гребешков, я открывала для себя новый мир. Бурые, красные и зеленые водоросли чередовались с морской травой и саргассумом, образуя под водой темный рисунок. Скаты хлопали крыльями, уверенные в своей способности ускользнуть или атаковать хищника вроде меня. Раки-отшельники, обнаружив, что путь свободен, высовывались из недавно украденных раковин и тащили свой контрабандный товар по морскому дну. Иногда кусок ила размером с две мои растопыренные ладони взмахивал краями и уплывал, оказавшись камбалой. Плоская рыба камбала прижимается к морскому дну лишь одним боком. Когда особь взрослеет, ее нижний глаз перемещается на верхнюю поверхность, поближе ко второму. Камбала похожа на персонажа из научно-фантастического рассказа,