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

или дольше, кажутся нам странными, возможно, в них и нет ничего особенного. Вообще говоря, они помогают понять, почему существует жизнь. Обнаружение такого неизвестного нам ранее и необычного способа повышать энтропию на протяжении длительных отрезков времени подкрепляет идею, что возможность повышать энтропию как раз и служит причиной возникновения жизни. Жизнь существует, поскольку этого требует второе начало термодинамики.

Глава 11

Что обитатели земных недр могут сделать для нас?

Обитатели темных земных глубин, с их странными источниками пищи и энергии, повышающие энтропию в таких временных интервалах, что нам трудно себе это представить, в значительной степени остаются для нас далекими и непонятными. И в результате может показаться, что они почти не имеют возможности напрямую влиять на нашу жизнь.

Но это не так: микробы из глубоких подповерхностных слоев биосферы влияют на нашу жизнь самыми разными способами. В частности, в планетарном масштабе они ответственны за производство кислорода, которым мы дышим. Кислород по большей части производится растениями и планктоном, однако, если бы подземные микробы не захватывали органический материал, способный реагировать с кислородом, тот просто включался бы в растительные ткани с образованием диоксида углерода и воды. Кроме того, без питательных веществ, таких как железо и азот, перерабатываемых обитателями земных недр, фитопланктон производил бы для нас гораздо меньше кислорода. Наконец, обитатели земных глубин обладают уникальной способностью перерабатывать самые опасные отходы нашей жизнедеятельности: они дышат радиоактивным ураном, мышьяком, органическими канцерогенными веществами и другими опасными для нас соединениями, и это позволяет нам развиваться, не уничтожая самих себя.

Конечно, не все так радужно и безоблачно. Мы вовлечены в бесконечную борьбу с микробами из придонных отложений, которые растворяют корпуса кораблей, нефтяные вышки и опоры мостов. Они также преуспевают в производстве метана, который взрывается при добыче полезных ископаемых[67] и бурении нефтяных скважин, не говоря уже о том, что он относится к числу парниковых газов.

Кроме того, подземные микроорганизмы играют существенную роль в изменении климата. Возможно, в этом заключается их самая важная связь с нами, живущими на поверхности. В этой главе я расскажу о нашей научной работе в зоне арктической вечной мерзлоты, где мы пытаемся понять, участвуют ли подземные микроорганизмы в превращении углерода из оттаивающих слоев вечной мерзлоты в парниковые газы, усугубляя климатический кризис. Далее мы посмотрим, как подземные микробы могут повлиять на технологии хранения углерода, которые разрабатываются для смягчения последствий климатических изменений. И наконец, мы обсудим одну острейшую проблему современности – глубоководную разработку морского дна: добыча ценных металлов для производства возобновляемой энергии влияет на здоровье океана. Современный способ добычи может окончательно разрушить экосистему обитателей земных недр еще до того, как нам удастся их изучить.

Ню-Олесунн, Шпицберген, 79° северной широты

Экспедиционные работы не в последнюю очередь нравятся мне потому, что, какими бы учеными степенями ты ни обладал и каким бы умным себя ни считал, природа найдет способ уложить тебя на обе лопатки. Это учит смирению. Я помнила об этом в марте 2021 года, когда мы с коллегами бурили вечную мерзлоту – почву, которая не оттаивает никогда, даже летом. Зоны вечной мерзлоты есть в Арктике, в Антарктике и на больших высотах и находятся под верхним активным слоем почвы, который оттаивает каждое лето. Раньше я уже работала с образцами из зон вечной мерзлоты, которые привозили для меня другие люди, но никогда не бурила сама. И насколько мне известно, никто прежде не пытался обнаружить обитателей земных недр в зоне вечной мерзлоты в Ню-Олесунне, на Шпицбергене. Так что меня ожидало еще одно приключение.

Летом 2019 года, когда оттаяли верхние активные слои почвы, я присоединилась к Татьяне Вишнивецкой из Университета Теннесси и Андрею Абрамову из Института физико-химических и биологических проблем почвоведения в России для проведения разведывательных работ. Таяние вечной мерзлоты из-за глобального потепления – процесс более сложный, чем просто превращение замерзшей почвы в жидкую грязь. Почва над вечной мерзлотой оттаивает каждое лето, это нормально. Истинная вечная мерзлота находится глубже, под активным поверхностным слоем, оставаясь в замерзшем состоянии круглый год, и поэтому активность микробов там слабая. Нас интересовало, какое количество парниковых газов выделяется в атмосферу при таянии вечной мерзлоты в результате климатических изменений. В Ню-Олесунне активный слой достаточно толстый, около двух метров. Лежащий под ним слой вечной мерзлоты – рай для обитателей земных глубин: там нет солнечного света, нет подвижных конкурентов, но и еды почти нет, поскольку она находится в замороженном состоянии. К несчастью для нас, эта среда надежно защищена и от назойливых ученых. В отличие от субдукционных зон, здесь нет природных источников, выносящих микробов из глубин на поверхность. Выбора нет: для получения образцов приходится бурить вечную мерзлоту.

Сначала Татьяна, Андрей и я прибыли туда летом, чтобы попытаться предвосхитить возможные проблемы, которые могли ожидать нас при бурении зимой под слоем снега, например наличие камней. И действительно, мы нашли камни, много камней – достаточно, чтобы остановить даже мощный буровой инструмент. Поэтому летом мы отыскали место, где камней было меньше всего, и пометили его. А вернулись туда в марте 2021 года, после долгого карантина в Осло из-за пандемии COVID-19, готовые к буровым работам.

К счастью, мой коллега Андрей – не только специалист по вечной мерзлоте, но и опытный бурильщик. Он использует отлично работающий буровой инструмент советских времен. Четырехтактный двигатель Briggs & Stratton вращает буровую головку, закрепленную на керноотборнике с металлическими зубьями. Кроме того, устройство оснащено рядом шкивов, которые оказывают на вращающийся керноотборник восходящее или нисходящее давление. Если все идет нормально, вы можете последовательно накрутить столько буровых штанг, сколько пожелаете, и это позволит вам глубже внедриться в вечную мерзлоту. Однако, что ожидаемо, в полевых реалиях все не так просто.

Сложность работы связана не только с наличием камней, но и с холодом. В процессе бурения скважина нагревается от трения, и вода в почве оттаивает. И если бур не вращать постоянно, эта вода вморозит его в землю, как палочку в мороженое. Спрашивается, почему бы не дождаться лета, когда будет теплее, и не поработать лопатами? Во-первых, хотя летом поверхность почвы теплее, более глубокие слои все равно заморожены, и проблема не исчезает. Но более серьезное основание для проведения работ зимой заключается в том, что тащить тяжелый бур по хрупкой арктической растительности – задача не из легких. Зимой, когда появляется защитный слой снега, ученые перевозят оборудование на снегоходах и санях.

В 2021 году, когда