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

для роста, поскольку там самые свежие питательные вещества[53]. Однако не так уж просто доказать, что микробы растут в этих неглубоких отложениях, поскольку сложно измерять рост микробов в естественной среде. Один подход к измерению скорости роста медленно растущих микроорганизмов в природных образцах заключается в том, чтобы применить метод, который Трембат-Райхерт и Хьюбер использовали при работе в глубоких слоях базальта, о чем я рассказывала раньше. Однако в этом методе в систему вводят дополнительную метку, а мне хотелось проследить за ростом обитателей земных глубин, совсем их не беспокоя.

Недавно я подумала о другом, менее инвазивном методе для отслеживания роста обитателей земных недр на небольшой глубине. Я решила: раз мы умеем определять скорость метаболизма микробов по изменению количества субстрата в слоях морских отложений на разной глубине, почему бы нам не использовать тот же метод для определения их скорости роста? Если микробы делятся достаточно редко, так что их популяция растет примерно с той же скоростью, с какой они погружаются под землю, я, возможно, смогу рассчитать скорость роста микробов по увеличению их численности на разной глубине. Объясню иначе: представьте, что вы микроорганизм, живущий в осадочных отложениях. Вы не знаете, что медленно погружаетесь под землю, но знаете, что вокруг вас достаточно еды, чтобы расти прямо сейчас. Однако делитесь вы очень редко и производите новые клетки лишь раз в три месяца. Если скорость образования осадочных пород постоянна и один сантиметр породы накапливается за четыре года, то к моменту, когда вы погрузитесь на глубину один сантиметр, вы произведете около ста тысяч новых копий себя за вычетом тех, которые погибли. И над вами другие клетки вашего вида тоже постоянно погружаются под землю примерно с той же скоростью, что и вы[54]. Сравнивая количество клеток в вашем слое после четырехлетнего роста с числом клеток вашего вида в слое на один сантиметр выше, можно рассчитать скорость размножения клеток вашего вида.

Вроде бы все просто, не так ли? Но к сожалению, существует и другое объяснение, почему на глубине одного сантиметра может быть примерно в сто тысяч раз больше клеток конкретного вида, чем на поверхности. Возможно, клетки этого вида делятся и быстрее, чем раз в три месяца, но какие-то условия в более глубоких слоях позволяют им накапливаться в большем количестве. При таком сценарии клетки этого вида находятся все время в стационарном состоянии, так что их размножение и гибель уравновешивают друг друга и среда содержит максимальное количество клеток, которое способна поддерживать (этот параметр называют емкостью среды). В таком случае увеличение численности клеток с глубиной отражает не скорость их деления, а повышение общей емкости отложений. Однако на каком-то уровне становится неважно, отражает ли увеличение численности клеток с глубиной скорость роста микроорганизмов или изменение емкости среды. В любом случае увеличение числа клеток какого-то конкретного вида с глубиной доказывает, что клетки этого вида делятся, тогда как других видов – погибают. И поэтому, чтобы подтвердить, что микробы из земных глубин делятся, мне лишь нужно понять, какие именно неглубокие морские отложения следует отбирать в качестве образцов.

Я уже перечислила несколько экзотических мест, где мы проводили полевые работы: мы поднимались на вершины вулканических гор в Андах, пытались избежать встречи с белыми медведями в Арктике и погружались в океан на такую глубину, где давление воды раздавливает череп. Однако работа с микробами научила меня, что при внимательном наблюдении даже самые будничные вещи могут оказаться удивительными. Например, в восточной части Северной Каролины воздух насыщен кислородом, полно магазинов, туалетов и автозаправок, вероятность землетрясений невелика и никто на вас не охотится. Но именно там я больше времени, чем где-либо еще, рассекала на моторке бурное море, спасаясь от шторма, или подзывала с борта маленькой лодки “Санфиш” дельфинов, которые выпрыгивали из воды, обдавая все вокруг светящимися брызгами. И я со всей ответственностью заявляю: мой родной город Бофорт и его окрестности – волшебные места.

А еще волшебство восточной части Северной Каролины в том, что здесь прекрасно сохранились слои морских отложений с многочисленными видами подземных микробов, которых мы находим и в глубинах океана. Это прекрасное место, чтобы попытаться проанализировать рост этих микробов в береговых отложениях на мелководье, где им доступна самая лучшая пища, какая только бывает. В мае 2016 года мы с сотрудниками нашей лаборатории отправились в мой родной город, взяли образцы ила и приготовили из него тонкие срезы. И увидели, что общее количество микроорганизмов с увеличением глубины уменьшается, однако численность некоторых популяций растет, и период удвоения для них составляет от пяти до двадцати пяти лет16. Эти микроорганизмы относились к тем же группам, которые мы обнаружили в неделящемся состоянии на больших глубинах под поверхностью Земли. В то же время мы установили, что обычные микробы из морской воды при увеличении глубины отложений достаточно быстро погибают.

Конечно, это лишь одно исследование. Однако наши данные как минимум подкрепляют идею, что для микробов из глубоких морских отложений “лето” (период производства потомства для естественного отбора) наступает тогда, когда они оказываются около поверхности. Если это так, смысл их сверхдолгого сна действительно может заключаться в ожидании таких редких геологических событий, как субдукция, извержение вулкана, оползень или землетрясение, которые выталкивают их в “зону роста” на мелководье.

Хронофилы

Исследования обитателей земных глубин показывают, что земляне могут жить много тысячелетий или даже больше, хотя это и не согласуется с нашим жизненным опытом. Причем некоторые из них[55] способны синхронизировать свой жизненный цикл со сверхмедленными геологическими процессами, чтобы потом опять вернуться к жизни. Поразительно! По-моему, это важнейшие открытия, касающиеся природы жизни на Земле[56]. Вообще, я считаю, что обнаружение таких долгоживущих существ по важности не уступает открытию термофилов – микробов, прекрасно чувствующих себя при температуре выше точки кипения воды. Обнаружение термофилов перевернуло наши представления о том, где во Вселенной может существовать жизнь. Одновременно начала развиваться целая область исследований, направленных на применение термостойких ферментов и организмов в промышленных целях. Я предвижу такой же всплеск исследований в связи с открытием долгоживущих микроорганизмов из земных глубин. Существование таких микробов значительно расширяет временной интервал для отслеживания биологических маркеров во всей Вселенной. А для промышленности важно, что стабильные организмы производят устойчивые ферменты17. А устойчивые ферменты приносят деньги. Биотехнологические компании наверняка заинтересуются более надежными, долгоиграющими ферментами. Впрочем, если мы хотим превратить этих странных долгоживущих существ в полноценный объект исследований, нам нужно дать им имя.

Термофилы любят