Удивительное зарождение Земли. Путешествие по скрытым чудесам, которые дали жизнь нашей планете

Отдельные группы подземных микробов могут быть еще древнее. Шахта Кидд Крик в канадской провинции Онтарио является одной из самых больших и глубоких шахт в мире. Уходя на глубину трех километров под землей, она содержит богатые запасы меди, серебра и цинка, которые образовались на дне океана почти три миллиарда лет назад. В 2013 году геолог из Университета Торонто Барбара Шервуд Лоллар опубликовала исследование, в котором показала, что некоторые участки воды в шахте Кидд Крик оставались нетронутыми и изолированными от поверхности земли на протяжении более миллиарда лет, а значит, это самая древняя вода, когда-либо обнаруженная на Земле. Прозрачная при первом сборе, эта богатая железом вода окрашивается в бледно-оранжевый цвет под воздействием кислорода. По консистенции она напоминает светлый кленовый сироп и содержит минимум вдвое больше соли, чем обычная морская вода, а на вкус она, по словам Шервуд Лоллар, «ужасна».

В 2019 году Шервуд Лоллар, Магдалена Осберн и их коллеги подтвердили: как и гораздо более молодые жидкости, циркулирующие через поры и трещины в породах на глубине нескольких сотен метров под поверхностью Земли, эта древняя вода на глубине нескольких километров в шахте Кидд Крик также населена микроорганизмами. Как и многие другие живущие глубоко под землей микроорганизмы, они тоже зависят от побочных продуктов химических реакций между породой и водой, протекающих под действием радиации. Являются ли некоторые из этих микробов столь же древними, как и вода, пока неизвестно, но это вполне вероятно.

«Эти исследования, по сути, своеобразная разведка, – говорит Шервуд Лоллар. – Некоторые из полученных результатов заставляют нас переписывать учебники о том, как устроена наша планета. Они меняют наше представление о пригодности Земли для жизни. Мы не знаем, где зародилась жизнь. Мы не знаем, возникла ли жизнь на поверхности и спустилась вниз или же она возникла внизу и поднялась на поверхность. Мы привыкли думать о маленьком теплом пруде, о котором писал Дарвин, но, как любит говорить мой коллега Таллис Онстотт, с тем же успехом это могла быть какая-нибудь маленькая теплая трещина».

Даже на трехкилометровой глубине в недрах Земли существуют не только микроорганизмы. В южноафриканских золотых шахтах на глубине от одного до трех километров под землей ученые обнаружили грибы, плоских червей, членистоногих и микроскопических водных животных – коловраток. В декабре 2008 года коллега Онстотта, бельгийский зоолог Гаэтан Боргони, обнаружил существ, удивительно напоминающих «паразитических червей», описанных Вальвазором в XVII веке. На глубине 1,3 километра в золотом руднике Беатрикс, недалеко от города Велком в Южной Африке, из отфильтрованной воды из скважины он собрал нематоду – крошечного круглого червя. При небольшом увеличении его не отличить от обычной вермишели длиной в полмиллиметра, что примерно в 500 раз больше бактерии. Однако под мощным электронным микроскопом он похож на пухлую пиявку, чей передний конец усеян ротовыми пластинами и сенсорными бугорками.

В лаборатории Боргони обнаружил, что нематода предпочитает подземных микробов, а не типичную для круглых червей диету. В конце концов она произвела на свет 12 яиц, положивших начало новой популяции. Хотя предки нематоды почти наверняка попали в подземный слой с токами дождевой воды, а не возникли там, очевидно, она стала приспособлена к подземной жизни. Боргони, Онстотт и их коллега Дерек Литтхауэр назвали новый вид Halicephalobus mephisto в честь Мефистофеля, посланца Дьявола из легенды о Фаусте. Это открытие остается одним из самых поразительных в истории биологии. По словам Онстотта, обнаружить многоклеточное животное такого размера и сложного строения в струйке воды так глубоко под землей – это все равно что «найти Моби Дика[16], плавающего в озере Онтарио».

На полках в кабинете Магдалены Осберн множество камней, и у каждого своя история. Когда мы встретились с ней в Северо-Западном университете, она показала мне гавайский базальт, который она зачерпнула палкой, когда он был еще в состоянии текучей лавы, гигантский кристалл кварца, который она вытащила из трещины во время поездки в Хот-Спрингс штата Арканзас, пирротин, который она тайком засунула в комбинезон во время экскурсии по шахте в Канаде. Рядом с рабочим столом она хранит кусок строматолита[17] возрастом 580 миллионов лет и молочно-голубой минерал смитсонит, который добыли в городе Магдалена штата Нью-Мексико: город носит то же имя, что и госпожа Осберн. В другом углу своего кабинета она показала мне оранжевый камень с текстурой, напоминающей ломкое кунжутное печенье. «Это карбонатные оолиты[18], – сказала она, – они похожи на крошечные глазированные драже. Если вы поедете на Багамы, то обнаружите, что пляжи там состоят в основном из оолитов». Затем она взяла в руки большой серый кусок амфиболита: «Этот камень пытался меня убить. Я попала под камнепад в полевом лагере, когда была студенткой. Этот камень пробил мою палатку». «Значит, он лишь чуть-чуть разминулся с вами?» – спросил я. «Ну, я отбежала как угорелая в другую сторону, – объяснила она, – и когда я вернулась в палатку, этот камень был там. Так что его можно назвать камнем смерти».

Камни и те истории, которые они рассказывают, были важной частью жизни Осберн с самого детства. Ее отец работал администратором лаборатории на факультете наук о Земле и планетах в Университете Вашингтона в Сент-Луисе. Она часто ездила с ним на университетские экскурсии, чтобы посмотреть на утесы, ущелья, древние лавовые породы, массивные валуны, оставленные ледниками и другие геологические особенности штата Миссури. «В поездке всегда участвовали студенты и я, девочка семи лет или около того, – вспоминает она, – и я всегда была той, кто подбирался слишком близко к обрыву, или забирался слишком высоко на скалу, или высовывал голову там, где не следовало». Однажды она порезала руку о камень – потекла кровь. Пока студенты в ужасе смотрели на это, она подошла к отцу и как ни в чем не бывало попросила сделать ей перевязку.

Многие из первых научных исследований Осберн находились на пересечении геологии и микробиологии. Будучи студенткой Университета Вашингтона, она изучала горячие и неглубокие гидротермальные источники – излюбленные места обитания термофильных бактерий. В Калифорнийском технологическом институте ее дипломная работа состояла в изучении древних пород с помощью инновационного анализа химических следов, которые современные микробы оставляют в окружающей среде. В итоге это позволило ей прийти к новому пониманию того, как микробы меняли Землю на протяжении всей ее истории.

Будучи постдоком в Университете Южной Калифорнии, Осберн стала одним из ведущих ученых в исследовании подземной жизни, финансируемом НАСА, и впервые посетила бывшую шахту Хоумстейк. Раньше в поисках высококачественной руды шахтеры бурили разведочные скважины, некоторые из этих скважин проникали в подземные водохранилища. После извлечения керна, породы для изучения, шахтеры заделывали отверстия бетоном, но какие-то из них продолжали протекать. Когда Осберн с командой обнаружила, что в нескольких из этих негерметичных отверстий содержатся микробы, она попросила шахтеров очистить отверстия скважин с помощью промышленного бура с алмазным напылением. Затем они заменили бетон пластиковыми трубками с клапанами, чтобы можно было периодически возвращаться и собирать новые образцы, тем самым создав полноценную подземную обсерваторию.

Полюбовавшись коллекцией камней в кабинете Осберн, мы с ней прошли в ее микробиологическую лабораторию. Здесь она хранит воду, осадочные породы и микробов, собранных на различных исследовательских базах. Осберн и Кейтлин Казар подготовили несколько предметных стекол для микроскопа, размазав по ним немного шахтной воды. Сняв очки в черепаховой оправе и убрав с лица волнистые каштановые волосы, Осберн расположилась перед микроскопом и стала регулировать его, чтобы получить четкую картинку.

«Перед нами Gallionella с закрученными стебельками[19]», – сказала она. При тысячекратном увеличении микробы выглядели как мазок апельсинового мармелада и икры. На экране компьютера, подключенного к микроскопу, было легче разглядеть стебли, о которых говорила Осберн. Волокна железа напоминали искривленные штопоры или свободно завязанные галстуки – все это были побочные продукты уникального метаболизма микробов. Через несколько минут мы переключились на Thiothrix[20], который напоминал белые бусы, опутанные желтой мишурой. Мы видели яркие точки серных соединений внутри клеток микроба, образующихся в процессе химических реакций окисления сероводорода.

Мне показалось, я вижу, как что-то движется, и я спросил, что это может быть. «Это довольно старый образец бактериальной биопленки, – сказала Осберн, – так что я сомневаюсь, что здесь что-то есть… О! – мельчайшая точка дернулась на экране подобно маленькой горошине. – Как только я сказала, что она мертва, появилась эта маленькая счастливица-клетка». Образец, который мы изучали, был собран несколько лет назад, и, поскольку он не был предназначен для культивирования клеток, за ним никак особенно не ухаживали. Однако каким-то образом эта капля камня и воды из самых глубоких недр Земли все еще пульсировала жизнью.

Столетиями пещера Лечугилья казалась не более чем длинной дырой, ведущей в тупики Гваделупских гор в Нью-Мексико. Время от времени в пещеру заглядывали исследователи. Регулярно наведывались сюда и старатели, чтобы собрать гуано летучих мышей, которое ценилось как удобрение. В остальном же никто не обращал на нее особого внимания. Однако в один из пасмурных дней где-то в 1950-х исследователи пещер заметили, что сквозь завалы на дне пещеры пробивается воздух, что навело их на мысль о том, что там может быть еще что-то. В результате ряда раскопок в 1970-1980-х годах было обнаружено несколько длинных туннелей. Последующие раскопки выявили более 233 километров подземных территорий на глубине более чем 490 метров под поверхностью. Подземные туннели украшали странные и красивые образования: массивные люстры из гипса причудливой формы – будто их сковало морозом, лимонно-желтые стручки серы, жемчужные шары гидромагнезита, прозрачные копья селенита и кальцитовые лилии, парящие над бирюзовыми бассейнами.

В начале 1990-х годов микробиолог Пенни Бостон смотрела передачу на телеканале National Geographic, в которой упоминалась Лечугилья. Бостон пришла в восторг от мысли том, что она сможет увидеть нетронутую подземную страну чудес. Одна из исследовательниц в передаче, Ким Каннингем, нашла первые доказательства существования микроорганизмов в пещере. Бостон интересовало, возможна ли жизнь за пределами Земли, поэтому она рассматривала Лечугилью как аналог потенциальных подземных мест обитания на других планетах. Она позвонила Каннингем и договорилась посетить пещеру с группой ученых и спелеологов.

Бостон и другие ученые, не имевшие большого опыта в спелеологии, несколько часов тренировались на скалах в Боулдере штата Колорадо, прежде чем погрузиться в Лечугилью. Эта короткая тренировка оказалась практически бесполезной. Лечугилья – это не ряд соединенных между собой комнат, по которым можно пройти, а запутанные хрустальные лабиринты, переплетенные в извилистых каменных джунглях. Чтобы пройти по ним, Бостон и ее коллегам пришлось спускаться по отвесным скалам, карабкаться по скользким гипсовым башням, преодолевать узкие уступы и пробираться через каменные соты – и все это с громоздким снаряжением за плечами. «Мы оказались в настолько чуждой нам среде, что у нас не было выбора, кроме как пытаться совладать с ней», – вспоминает Бостон. Про себя она все время думала: «Я просто должна перетерпеть это до тех пор, пока я не выберусь отсюда».

Они выжили, но без травм не обошлось. В какой-то момент Бостон вывихнула лодыжку. Перебираясь через расщелину, она поранила голень, отчего нога и ступня распухли. Но она продолжала идти. Незадолго до выхода из пещеры она заметила интересный пушок ржавого цвета, покрывающий нависающую над ней часть потолка пещеры. Она уже собиралась соскрести этот пух в мешок, как вдруг его капелька попала ей в глаз, который вскоре распух, как будто от инфекции. Возможно, подумала она, коричневый пух создали микробы, а возможно, он и вовсе состоял из микробов. Лабораторные исследования в конце концов подтвердили ее догадку. Пещера была полна микроорганизмов, которые разъедали горную породу, извлекая железо и марганец для получения энергии и оставляя после себя мягкий минеральный осадок. Микробы превращали камень в почву на глубине более 300 метров под землей.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «Литрес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.

Сноски

1

Слизевики – группа неродственных друг другу одноклеточных эукариотических организмов, способных для размножения объединяться в слизистые образования, на которых затем формируются спороношения, внешне напоминающие плодовые тела грибов. – Прим. науч. ред.

2

1 фут – около 305 мм. 8 футов – около 2438 мм. Для сравнения: в дождливом Петербурге в год выпадает около 653 мм осадков, то есть в 3,7 раза меньше, чем в тропических лесах Амазонии. – Прим. ред.

3

14 футов – около 4267 мм. – Прим. ред.

4

Речь идет о микоризе – взаимовыгодном сожительстве грибного мицелия и корней растений. – Прим. науч. ред.

5

Детрит – мертвое органическое вещество в виде частиц небольшого размера. – Прим. ред.

6

Хотя под микробами обычно понимают все микроорганизмы (как одноклеточные, так и многоклеточные), которые настолько малы, что увидеть их можно только в микроскоп, автор чаще всего под микробами имеет в виду безъядерных их представителей (прокариот), к которым относятся бактерии и археи. – Прим. науч. ред.

7

Теория об эгоистичных генах – теория биологической эволюции, которую сформулировал британский биолог Ричард Докинз. Он изложил ее в одноименной книге, которая вышла в 1976 году. Автор рассматривает эволюцию прежде всего как эволюцию генов, а не особей, популяций или видов. Именно гены, по мнению биолога, являются единицей естественного отбора. Гены и их аллели с большей способностью к копированию сохраняются естественным отбором и более эволюционно успешны. – Прим. ред.

8

Род грызунов из семейства беличьих. – Прим. науч. ред.

9

Редукционизм – философская концепция и методологический принцип сведения сложного к простому и высшего к низшему, согласно которым сложные явления можно объяснить с помощью закономерностей, свойственных явлениям более простым. – Прим. науч. ред.

10

В течение всей своей профессиональной жизни Лавлок и Маргулис не переставали работать над гипотезой Геи и не раз вносили в нее поправки. Многие другие исследователи интерпретировали ее по-новому. Примеры различных версий гипотезы Геи и ее научных классификаций вы найдете в примечаниях в конце книги. – Здесь и далее, если не указано иное, прим. автора.

11

В 2002 году, спустя 34 года после конференции в Принстоне, штат Нью-Джерси, где Лавлок впервые выступил с докладом о том, что впоследствии станет известным как «гипотеза Геи», несколько крупных международных научных организаций подписали исторически важную Амстердамскую декларацию. В ней утверждалось следюущее: «Земная система ведет себя как независимый, саморегулирующийся организм, состоящий из физических, химических, биологических и человеческой составляющих, между которыми выстроены сложные взаимодействия и обратные связи».

12

Эон (англ.). Эон – персонификация времени в древнегреческой мифологии, а также длительный период в геологии. – Прим. науч. ред.

13

Испокон веков в науке существует удивительная традиция музыкальных метафор. В упорядоченном движении планет древние греки видели «музыку сфер». Согласно теории струн, существуют «крошечные струны, закономерности вибраций которых управляют эволюцией космоса». Геномы часто сравнивают с музыкальными инструментами, а экспрессию генов – с песнями. Наконец, у слов орга́н (музыкальный инструмент), óрган (важная часть тела) и организм общий корень, который обозначает «работу».

14

Бичкомбер (от англ. beachcomber) – человек, который собирает на пляже разные предметы – ракушки или потерянные вещи, которые можно продать. Нередко это бродяга, человек без дома. – Прим. ред.

15

Высота Эмпайр-стейт-билдинг без шпиля – 381 м, с ним – 443 м. – Прим. ред.

16

Моби Дик – огромный кит-альбинос, персонаж одноименного романа Германа Мелвилла. – Прим. науч. ред.

17

Строматолит – слоистые образования из карбоната кальция в виде коротких колонн или холмиков, формирующиеся в результате жизнедеятельности особого микробного сообщества – бактериального мата, имеют характерную бороздчатую или волнистую поверхность. – Прим. науч. ред.

18

Оолиты – небольшие минеральные образования яйцевидной или шарообразной формы, чаще встречаются блестящие, как бы покрытые глазурью оолиты из карботана кальция. Обычно оолиты формируются в теплых морях. Состоят из ядра в виде песчинки или кусочка раковины и расположенных вокруг него минеральных слоев. Толщи оолитов со временем могут сцементироваться в осадочную горную породу (оолитовый известняк, или икряной камень). В англоязычной литературе отдельные оолиты принято называть ооидами, а оолитом – оолитовый известняк. – Прим. науч. ред.

19

Клетки железобактерии Gallionella в процессе жизнедеятельности выделяют гидроокись железа в виде «хвоста» из переплетенных нитей, образующих стебелек. – Прим. науч. ред.

20

Thiothrix – серобактерия, клетки которой соединяются в прикрепленные к субстрату нити, в процессе жизнедеятельности сера откладывается в складках клеточной оболочки. – Прим. науч. ред.