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

высокую температуру, психрофилы – низкую температуру, ацидофилы – кислоту, барофилы (они же пьезофилы) – высокое давление, галофилы – соль, а алкалофилы – щелочь. Сонные долгоживущие микробы любят время, поскольку оно открывает им доступ в новые среды обитания. Они способны ждать пополнения ресурсов в таком отдаленном будущем, до которого другие организмы просто не доживают. Чтобы подчеркнуть их любовь к длительным временным интервалам, я предлагаю назвать их хронофилами. Геологические события имеют для хронофилов такое же значение, как рассвет – для певчих птиц.

Чтобы рассуждать о хронофилах в правильном контексте, давайте рассмотрим их характеристики в классических экологических рамках. Принято различать две жизненные стратегии: сторонники стратегии r “быстро живут и умирают молодыми”, а сторонники стратегии K воспроизводятся позднее и живут дольше18. Комары относятся к числу приверженцев стратегии r: они живут примерно сутки, но производят столько детенышей, что гарантированно будут надоедать миру еще долго после того, как вымрет человечество. Секвойя придерживается стратегии K: эти деревья проживают несколько столетий, прежде чем начинают размножаться. Получается, хронофилов можно назвать экстремальными сторонниками стратегии K. Единственная трудность в использовании этой схемы двух стратегий в отношении микробов заключается в том, что она разработана для крупных существ вроде мух и деревьев и поэтому оперирует такими понятиями, как потомство, пол и размер тела, а их сложно применить к миру микроорганизмов. Но если все же попытаться как-то впихнуть микробов в эту экологическую теорию, то введение времени в качестве ресурса будет означать появление не новой экологической парадигмы, а скорее новой экологической ниши. Ниша хронофилов включает в себя группу организмов, существующих в таком экологическом мире, где все остальные умирают за сотню лет или меньше, – точно так же как ниша термофилов включает в себя организмы, отличающиеся от всех остальных, живущих при температуре 37 °C или ниже. Только в случае хронофилов экологическая “ниша” описывает не пространственное, а временное измерение.

Мы продолжаем узнавать новые факты о хронофилах, и я уверена, что эти данные будут и дальше расшатывать наши устоявшиеся представления о том, как устроена жизнь. Вероятно, у нас даже появится возможность заглянуть в прошлое и ответить на основополагающие вопросы про наше существование. Как, где и когда возникла жизнь? Или даже на еще более сложный четвертый вопрос: почему возникла жизнь?

Глава 9

Переосмысливаем свое происхождение

Обитатели земных глубин позволяют пересмотреть вопрос о происхождении живых организмов, поскольку заставляют иначе отнестись к самой природе жизни. Они показывают, что можно пожертвовать ста годами жизни, если это соответствует вашей эволюционной траектории, что достижение термодинамических пределов нестрашно при наличии правильных ферментов и что почти каждый минерал на Земле способен обеспечить химические ресурсы для поддержания жизни. Это сближает наши представления о биологии с нашими представлениями о геологии, как и должно быть, если мы хотим понять, как жизнь возникла в мире, где были только горные породы, минералы, газы и жидкости. Впрочем, идея слияния биологии и геологии не нова. В 1926 году Владимир Вернадский (1863–1945) предложил использовать термин “биосфера”, чтобы рассуждать о них как о единой системе1.

В этой и следующей главе я постараюсь использовать понятие о единой биосфере для ответа на три фундаментальных вопроса. Где, как и когда зародилась жизнь? А потом потихоньку перейду к мучительному четвертому вопросу: почему она возникла? Для этого я расскажу о своем путешествии к таким местам, где это могло произойти, – к глубоководным гидротермальным источникам. И объясню, почему то, что мы там обнаружили, навсегда изменило наши представления о собственном происхождении.

Где и как на Земле впервые возникла жизнь?

Вопросы о том, где и как зародилась жизнь, трудно разделить, поскольку место определяет среду и условия – если исходить из того, что жизнь началась на Земле. В соответствии с одной гипотезой, называемой теорией панспермии, жизнь на Земле имеет внеземное происхождение. Скажем, на Марсе когда-то в древности существовал океан, а эта планета находится недалеко от Земли, так что, быть может, земная жизнь зародилась там. Перенося возникновение жизни на Марс, мы приходим к интересным выводам (не последний из них заключается в том, что мы все инопланетяне), однако не отвечаем на вопрос, в какой среде впервые возникла жизнь. Мне всегда казалось, что жизнь должна была возникнуть в каком-то глубоком и темном месте со множеством возможностей.

Законы термодинамики позволяют приблизиться к ответу на вопрос, где и как зародилась жизнь, поскольку устанавливают параметры для жизни. На поверхности нашей планеты самый мощный градиент энергии создается солнцем. Если зарождавшейся жизни нужен был мощный заряд энергии, вероятно, она возникла на поверхности. Но если жизнь началась на поверхности, она должна была быстро эволюционировать таким образом, чтобы защититься от солнечных ожогов, поскольку неистовость солнца разрушает органические молекулы. Напротив, если зарождавшейся жизни нужно было много небольших градиентов энергии, которые друг друга подпитывали, образуя своеобразные энергетические лестницы, тогда нашим древнейшим домом могли быть земные недра. Породы в земной коре создают хорошие возможности для зарождения жизни с широким спектром метаболических ниш, защищенных от опасных солнечных лучей.

В таком контексте предпочтительнее оказывается версия зарождения жизни под землей: хотя солнечный свет и кислород совершенно точно необходимы для жизни крупных и сложных млекопитающих и растений, мириады более мелких градиентов, которые существуют в чревоподобном подземном мире, могли предоставить хорошую возможность для зарождения жизни. Более того, защитная среда подземных недр позволила бы живым организмам за несколько миллионов лет изобрести стратегии для борьбы с солнечным стрессом, прежде чем жизнь вышла из темноты на свет. Так что давайте начнем наши поиски в необъятных земных недрах.

В одних подземных средах жизнь могла зародиться с большей вероятностью, чем в других. Например, морские отложения для этой роли, по-видимому, не подходят, какими бы интересными они ни были. Пища в морских отложениях преимущественно происходит из остатков жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов, так что жизнь не могла там зародиться. Хотя органическое вещество (то есть еда) иногда может образовываться небиологическим способом (например, астероиды содержат много разных органических веществ, синтезированных в абиотических процессах), пока мы не знаем, могли ли такие реакции обеспечить достаточное количество пищи для появления жизни здесь, на Земле. Насколько нам известно, на астероидах такого не произошло.

Это сужает круг мест, в которых могла возникнуть жизнь, до подземных недр, где есть собственные источники энергии для поддержания хемолитоавтотрофов. Вероятно, вы помните, что эти крохотные создания используют химическую энергию для превращения диоксида углерода, в изобилии имевшегося на первозданной Земле, в органические соединения углерода, которыми