Главная / Вокруг нас / Богатый внутренний мир. Мы так мало знаем об организмах, обитающих под землей.

Богатый внутренний мир. Мы так мало знаем об организмах, обитающих под землей.

богатый внутренний мир. мы так мало знаем об организмах, обитающих под землей. многим кажется, что земля под нашими ногами – это плотный твердый камень, покрытый слоем почвы, а под ним лишь

Многим кажется, что земля под нашими ногами – это плотный твердый камень, покрытый слоем почвы, а под ним лишь вязкая мантия и ядро. Но земная кора намного более интересна. Как объясняют в своей статье на Aeon биологи Гаэтан Боргони и Мэгги Лау, в ней существует настоящая биосфера – разнообразная, странная, отрезанная от внешнего мира. Скрытые от нас подземные глубины, по нынешним оценкам, населяет квинтиллион прокариот (одноклеточных организмов, не получивших ядер) – в 2–20 раз больше, чем в океане. По некоторым расчетам, количество биомассы, находящейся под землей, может составлять до половины наземной.

Исследование подземной экосистемы может изменить современные представления науки во многих других сферах. Оно позволяет лучше понять, откуда взялась и как развивалась жизнь на планете, определить границы метаболических процессов организмов, а также проливает свет на то, как распределяется и хранится углерод. Последствия таких изысканий, уверены ученые, могут быть поистине невероятными.

Основные биологические условия, в которых развивается жизнь под землей, – это отсутствие солнечного света, необходимого растениям, наличие воды, высокие температура и давление. Запасы воды под земной поверхностью, как считают ученые, могут в сто раз превышать запасы во всех озерах, реках и других пресных водоемах планеты. Температура в трещинах и пустотах коры на глубине несколько километров достигает 60°С и выше, там очень мало или совсем нет кислорода, но высок уровень радиации. В этой на первый взгляд неблагоприятной среде есть ключевые элементы для поддержания жизни.

Вода вступает в реакцию с минералами. ⁠Возраст образовавшихся растворов в недрах варьируется от ⁠нескольких ⁠до 2 млрд лет: чем старше, тем больше получается ⁠водорода, а значит, больше «топлива» для поддержания жизни микроорганизмов. Состав ⁠«старой» и «молодой» воды значительно отличается. В «старых» подземных экосистемах преобладают микроорганизмы, питающиеся ⁠водородом, – сульфатредуцирующие бактерии и метаногены – археи, производящие метан. В «молодых» экосистемах правят протеобактерии – представители наиболее многочисленного и разнообразного типа бактерий на нашей планете.

Жизненный цикл подземных организмов поразительно долог. Как пишут Боргони и Лау, деление клеток там, на глубине, может происходить всего раз в одну или несколько тысяч лет. Для сравнения: клетки кишечной палочки, E.coli, делятся каждые 20 минут. Из-за отсутствия солнечного света местные жители не могут использовать фотосинтез и получают энергию из других источников – минералов и геологических газов. Этот процесс, менее эффективный, чем фотосинтез, был открыт в конце 1880-х годов русским микробиологом Сергеем Виноградским и получил название хемосинтез.

Благодаря технологиям секвенирования генома ученые начинают понимать, как происходит подземный метаболизм – какие вещества могут поглощать и выделять те или иные организмы. На глубине 1,3 км в бывшей золотодобывающей шахте в Южной Африке были найдены бета-протеобактерии. Они получают энергию и материал для деления клеток благодаря редукции (восстановлению) нитратов и окислению серы. То, что глубоко живущим микробам требуются нитраты, стало сюрпризом для ученых. Также биологи обнаружили, что в стесненных условиях подземной жизни при недостатке питания организмы не конкурируют друг с другом, а установили метаболическое партнерство – симбиотические отношения, в которых один вид потребляет продукцию другого. (То, что в политике и бизнесе принято называть «win-win».)

Но некоторые микроорганизмы выживают и без партнерства. К ним относится, например, недавно открытая бактерия Candidatus Desulforudis audaxviator, которая живет на полном самообеспечении за счет реакции с серой. Ученые предполагают, что механизм, позволяющий бактерии поддерживать ее независимое существование, она получила, когда-то в прошлом «переболев» вирусной инфекцией и приобретя таким образом фрагмент генома архей.

Работа с подземными экосистемами позволяет не только открыть новые виды, но и больше узнавать о так называемой микробной темной материи – организмах, которые биологи не могут изучить из-за нехватки знаний о том, какая среда нужна им для роста. Значение такой возможности сложно переоценить: по современным оценкам, мы почти ничего не знаем о 99% микробов, так как не можем ни вырастить их в лаборатории, ни «разглядеть» при стандартных методах анализа.

Долгое время исследователи подземных экосистем считали маловероятным существование глубоко под землей сложных многоклеточных организмов. Таким животным, во-первых, труднее выживать в условиях нехватки кислорода и высокого давления, а во-вторых, им требуется больше энергии, которую на глубине не так просто получить. Однако в 2011 году Боргони и его коллега Туллис Онстотт опровергли эту точку зрения. На глубине 0,9–3,6 км в резервуарах с водой температурой до 48°С они обнаружили новый вид круглого червя – удивительная находка для этих условий.

Нематоды – одни из самых распространенных существ на земле. В большинстве своем они похожи друг на друга, и, хотя среди них бывают гигантские виды, их длина чаще всего не превышает миллиметра. Круглые черви считаются одними из древнейших многоклеточных организмов на нашей планете и более чем за миллиард лет существования освоили практически все ниши обитания – от почвы и океана до внутренностей других организмов. Нематоды известны своими способностями экстремофилов: попадая в сложную для выживания среду, они меняют протекающие в них процессы, замедляют метаболизм и приспосабливаются к недостатку кислорода или воды, жаре или холоду, высокому давлению или токсичности – и держатся таким образом десятки лет, пока условия не нормализуются.

Но хотя ученые и знали о возможностях червей, считалось, что сложный организм не способен существовать на глубине более 2 км. Поэтому доказательство обитания животных ниже этого уровня произвело фурор; за способность жить так глубоко под землей новая нематода получила название Halicephalobus mephisto – «дьявольский червь» – и стала наиболее глубоко обитающим сложным организмом, известным науке.

Открытие дьявольского червя дало старт большой работе по поиску других животных, которые могли выжить в подземелье. Команда из Принстонского университета, в которую вошли Боргони и Лау, отфильтровала почти 13 млн литров воды, находившейся под землей больше 12 тысяч лет, и в результате нашла там «целый зоопарк беспозвоночных». Оказалось, на глубине 1,4 км была настоящая процветающая экосистема, включавшая плоских, круглых и кольчатых червей, коловраток и членистоногих; кроме того, исследователи нашли несколько видов грибов и простейших, обитавших в воде возрастом от 7000 до 500 тысяч лет.

Ни одно из обнаруженных животных не было новым, однако то, что они существуют на такой глубине и в таком изобилии, удивило ученых: организмы должны были попасть вглубь с поверхности земли, и как им удалось пройти этот путь и выжить, пока непонятно. Но сам факт, что сложные формы жизни с поверхности неопределенно долгое время могут находиться и размножаться под землей – это хорошая новость, пишут Боргони и Лау. Находки, сделанные в заброшенных шахтах, могут дать подсказку, где и как искать жизнь в других мирах: планеты и луны, которые снаружи кажутся необитаемыми, могли пройти через такой же процесс транспортировки живых организмов вглубь, какой мы увидели на Земле.

Пока поиск инопланетной жизни остается далекой перспективой, исследователи продолжают зарываться в землю, чтобы ответить на другие вопросы. Может ли миграция организмов быть двусторонней – идти и сверху вниз, и снизу наверх Могут ли животные из недр попадать на поверхность с помощью термальных источников Как часто происходит обмен генетическим материалом между «верхом» и «низом» Уже сейчас мы пришли к пониманию, что, вероятно, успели рассмотреть лишь небольшую часть биосферы нашей планеты. Что, если самые впечатляющие ее обитатели, научившиеся адаптироваться к наиболее экстремальным условиям, до сих пор скрыты от глаз человека

Читать еще:

Ноев ковчег или космолет

Миллионы людей слышали или читали о библейском Всемирном потопе. В Библии рассказывается о подвиге Ноя. …

Добавить комментарий