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

организмов без мутаций, и в результате эта мутация появляется у еще большего числа потомков. Следующие поколения тоже приспособлены лучше, чем особи без мутаций, и в конечном итоге изменение закрепляется в популяции. Вот как происходит адаптация по механизму естественного отбора. Но как рассуждать о дарвиновской эволюции в случае популяций, которые не воспроизводятся? Как можно адаптироваться к чему-то, не имея потомства? Полагаю, что при создании теории о выживании наиболее приспособленных Дарвин не учитывал организмы, не способные расти.

К счастью, у нас есть хорошая модель – краткосрочная сезонная спячка. Животные, впадающие в зимнюю спячку, получают эволюционное преимущество, поскольку по весне, когда условия опять способствуют росту, они сохраняют более многочисленную популяцию. Такие организмы имеют преимущество перед другими и передают гены спячки более многочисленному потомству весной и летом. Это азбука дарвиновской теории естественного отбора. Давайте расширим эту модель и включим в нее “спячку” организмов из морских отложений, длящуюся тысячелетиями. Нужно понять, какое событие могло бы вывести из состояния спячки обитателей земных недр, захороненных на глубине нескольких сотен метров. Если зимой мы находим в почве спящего микроба, то предполагаем, что он ожидает лета, чтобы опять начать расти. Чего может ожидать организм, спящий тысячи или миллионы лет в глубоких слоях морских отложений?

Предлагаю провести мысленный эксперимент, который позволит нам отказаться от некоторых интуитивных представлений о продолжительности жизни. Представим себе, что жизнь человека длится всего двадцать четыре часа. Вы родились в полночь, восстали против родителей за завтраком, женились и родили детей примерно перед обедом, а во время ужина на пенсии отдались рыбалке. В полночь ваши близкие, родившиеся всего несколько часов назад, прижались к вам и держали за руки, пока вы мирно умирали, достигнув преклонного двадцатичетырехчасового возраста. Если бы мы жили так, за одну зиму сменились бы сотни поколений людей. И весь этот отрезок времени, который составлял бы значительную часть истории человечества, лиственные деревья оставались бы почерневшими и безжизненными. Постоянная мертвенность деревьев казалась бы совершенно естественной, и ученые вроде меня, наверное, подавали бы заявки на гранты, желая понять, живы эти деревья или нет, поскольку не видно, чтобы они росли и размножались. Конечно, если мы отмотаем время назад, мы поймем, что люди жили уже и осенью, и, возможно, даже летом, но это было так давно, что у нас еще толком не было письменности. На самом-то деле мы живем сто лет и знаем, что деревьям для пробуждения нужно лишь летнее солнце. Но люди, живущие один день, были бы озадачены.

Когда мы наблюдаем за жизнью под поверхностью Земли, не напоминаем ли мы людей-однодневок, наблюдающих за деревьями? Может быть, долгоживущие обитатели земных недр проснутся по какому-то сигналу, который неизвестен нам потому, что мы живем слишком мало, чтобы его заметить? Какой вообще смысл жить сотни тысяч лет? Обязательно должна быть какая-то причина, почему их жизнь так длинна.

Есть доказательства, что длительное состояние спячки дает селективное преимущество. Если оставить лабораторную рабочую лошадку E. coli без еды на месяцы или даже годы, многие клетки перейдут в состояние длительной спячки, в котором они остаются живыми и осуществляют реакции метаболизма, но растут гораздо медленнее, чем когда их кормят. Если потом смешать эти полумертвые клетки со свежей порцией быстрорастущих клеток E. coli и опять оставить голодать, старички выбьют дух из молодняка. Может быть, в этом преимуществе роста в стационарной фазе (GASP, growth advantage in stationary phase) как раз и таится секрет долгой жизни обитателей земных глубин?15 Вдруг они ждут события, которое произойдет через тысячу лет, и тогда в новой ситуации получат преимущество? Как привыкшие к бесхлебице монахи, вокруг которых все обжоры умирают от голода.

Чего могут ждать эти монашествующие микробы, чтобы проснуться? Смена времен года происходит слишком быстро. Единственные достаточно медленные изменения – геологические процессы. Например, погружение островов, наводнения, засухи или штормы часто происходят с интервалами в сотни или тысячи лет. Подводные оползни, землетрясения, цунами и извержения вулканов могут приводить к перемещению отложений в еще более медленном ритме, и тогда обитатели земных глубин начинают контактировать с новыми источниками пищи, что пробуждает их ото сна длительностью в сотни тысяч лет. Кажется странным, что микробы адаптируются к ожиданию столь редких событий, как извержения вулканов, однако история Земли показывает, что на извержение вулкана можно уверенно рассчитывать, если только у вас есть время подождать.

Если дать волю воображению, можно предположить, что отдельные микробы способны адаптироваться к еще более редким событиям, таким как глобальные климатические циклы. Или к медленному перемещению тектонических плит. Когда в срединно-океанических хребтах появляется новое дно, существующее дно постепенно отодвигается от центра, как человек, стоящий на движущейся дорожке в аэропорту. И в итоге морское дно врезается в континент, как при суперзамедленной съемке крушения поезда.

Некоторые отложения и живущие в них организмы захватываются погружающейся плитой и оказываются раздавлены температурой и давлением, убивающими жизнь во всех известных нам формах. Даже экстремофилы, попавшие в мантию, становятся тупиковой ветвью эволюционного древа. Однако некоторые слои отложений, начинающие продавливаться под тяжестью континентальных плит, могут вынырнуть наружу через трещины и расселины, открывшиеся в надвигающейся плите. В ходе таких столкновений часть донных отложений выталкивается наверх через аккреционные призмы и соседние разломы, возникшие при извержениях вулканов или при других деформациях плит. Не может ли быть, что обитатели земных недр ожидают именно таких перемещений, разломов и выхода на поверхность?

Давайте обдумаем следствия. Если это так, значит, отдельные микробные клетки, извлекаемые нами на поверхность с помощью буровых установок и кажущиеся спящими, на самом деле просто спокойно ожидают, пока сверхмедленное перемещение плит доставит их к континенту, где у них будет возможность выйти к поверхности и начать расти. Эволюционная плата за миллионы лет ожидания в глубинах морских отложений – возврат в верхние придонные слои с более питательной едой, где микробы передадут свои гены будущим поколениям. Все по стандартной схеме дарвиновского естественного отбора: особи, лучше других приспособленные к спячке на протяжении миллионов лет, вновь оказавшись на поверхности, получат преимущество в росте, и в результате их адаптации закрепятся в популяции. Может быть, подъем в поверхностные слои отложений для обитателей земных глубин – это аналог нашего лета?

И у обитателей земных недр бывает лето

Чтобы эти теории обрели смысл, надо доказать, что те виды микробов, которых мы обычно обнаруживаем в неделящемся состоянии, способны расти и производить новые клетки в морских отложениях на небольшой глубине. В принципе, отложения на мелководье – хорошее место