100 великих тайн Земли - Александр Волков

Земля живет! Верхние слои ее коры пронизаны жизнью. Мы думаем, что толща земли под нашими ногами числится лишь по ведомству геологии. На самом деле это еще одна обширная экосистема, обитатели которой невидимы, как пустота. Мириады микроорганизмов населяют отложения на дне океанов, застывшую вулканическую лаву, твердь гранита, из которого состоит материковая кора.Они обитают всюду, где есть вода и где жара еще не стала невыносимой даже для микробов.

Очевидно, лишь температурный барьер ограничивает область их обитания. Даже самые жаростойкие микроорганизмы не могут выжить при температуре свыше 113 °С. Эта граница пролегает в 3—10 километрах от поверхности Земли (точное ее положение зависит от теплопроводности тех или иных пород, составляющих кору). Ее не смеет пересечь ни один микроб.

Однако, как ни разнообразно это сообщество подземных организмов, как ни широко оно распространено, оно по-прежнему очень плохо изучено. Весь этот огромный мир жизни, получивший название «глубинная биосфера», во многом остается белым пятном на карте современной науки. Долгое время было укоренено мнение о том, что жизнь может существовать лишь там, где есть солнечный свет и кислород. С этой точки зрения сама идея о том, что живые организмы могут поселиться глубоко под землей, казалась абсурдной.

Вот только факты как будто начали опровергать догму. В образцах грунта, извлеченных при бурении глубоких скважин, неизменно находили сообщества микробов. Долгое время специалисты игнорировали эти находки, ведь их «не должно быть по определению». Как правило, биологи, привлеченные для экспертизы, лишь покачивали головой и говорили, что «микробы занесены с поверхности земли».

Лишь в последние десятилетия старая догма все-таки пала. В 1985 году исследователи из министерства энергетики США во главе с Фрэнком Уоббером проводили бурение в штате Южная Каролина в поисках подходящего места складирования радиоактивных материалов. Благодаря специальным уплотнениям эти образцы грунта невозможно было загрязнить никакими микробами.

Самые примитивные бактерии и архебактерии оказываются поразительно стойкими

И вот при изучении проб, взятых с глубины в полкилометра, выяснилось, что они кишат живыми бактериями. Так родилась сенсация. Наконец, научный мир прислушался к новости, донесшейся из недр планеты. Начались поиски поселившихся там бактериальных сообществ.

Их обнаруживали буквально всюду. Бактерии, вирусы и грибы преспокойно проживали даже на глубине 3,5 километра. Самые крохотные трещины и поры земной коры были заполнены огромным количеством микробов. В одном-единственном грамме грунта или миллилитре грунтовых вод их встречалось до сотни миллионов. Как отмечалось на страницах журнала Science , «самая большая загадка глубинной биосферы – это высокая плотность микроорганизмов, ее населяющих».

По оценке Томаса Голда из Корнеллского университета, масса всех подземных форм жизни на нашей планете, пожалуй, превосходит массу всех наземных организмов. Другие исследователи не столь радикальны, но и они считают, что общая масса глубинной биосферы составляет до трети наземной биосферы. Специалисты полагают, например, что большая часть прокариотов – одноклеточных организмов, у которых нет ограниченного мембраной ядра, – обитает у нас под ногами. Недавно в рудниках Южной Африки найдены и первые многоклеточные представители глубинной биосферы – черви-нематоды.

Эти открытия не могли не повлечь за собой ряд вопросов. Как выживают все эти организмы? Откуда они черпают энергию? Откуда они вообще там взялись? И как выдерживают громадную жару, царящую глубоко под землей? Какие ферменты и протеины помогают им это сделать?

Ошибочно полагать, что глубинная биосфера – это рай для микроорганизмов.Результаты исследований говорят, скорее, об обратном. Каким бы разнообразным и населенным ни был подземный мир, жизнь микробов легкой не назовешь. Там нет ничего, кроме горных пород, воды и некоторой дозы радиации, исходящей от ближайших залежей радиоактивных веществ. Глубинная биосфера – это унылая обочина, на которую в ходе эволюции были оттеснены самые примитивные, самые древние формы жизни. Это – их бункер, где вот уже сотни миллионов лет они скрываются от победителей – светолюбивых организмов, населивших поверхность планеты.

Жизнь готова выдюжить и в таких условиях, но платит за свою неприхотливость особую цену – «цену смирения». Микробы, найденные на большой глубине, долгое время проводят практически в спячке. Эти мнимо омертвевшие – живые! – клетки даже не размножаются. Недостаток питательных веществ, испытываемый ими, вынуждает их вести самый жесткий режим экономии. Другие микроорганизмы размножаются в среднем раз в несколько сотен, а то и тысяч лет. По сравнению с этими «мертвяками»-медляками микробы, населяющие поверхность планеты, живут буквально «со скоростью света».

Глубинная биосфера, как установили ученые, существовала еще во времена динозавров. Некоторые колонии микробов населяют свои подземные «оазисы» от 80 до 160 миллионов лет. Порой они буквально замурованы в крохотных расселинах и порах горных пород, все эти миллионы лет не имея надежды выбраться оттуда. Но как они проникли в свои узилища?

Возможно, одни из них населяли когда-то поверхность планеты, но в результате сейсмических катастроф или вулканических извержений были засыпаны землей и приспособились к новым условиям жизни. Другие семейства микроорганизмов были смыты потоками воды и вместе с ними просочились в глубь почвы, где и обосновались отныне. В пользу этих гипотез говорит то, что большинство микробов, обнаруженных под землей, имеет определенное сходство с организмами, населяющими ее поверхность, и, может быть, даже состоит с ними в родстве.

Но некоторые биологи отстаивают другую – радикальную – гипотезу: жизнь могла зародиться… под землей. Еще несколько десятилетий назад, когда были открыты горячие глубоководные источники, так называемые черные курильщики – уникальный биотоп, расположенный на дне океана, привычная гипотеза возникновения жизни на нашей планете была поколеблена. Согласно ей жизнь появилась на свету. Однако черные курильщики, изобилующие питательными веществами, с полным на то основанием тоже могут считаться «колыбелью жизни». Тем более около 4 миллиардов лет назад наша планета была для жизни «мало оборудована». Смертоносное ультрафиолетовое излучение проникало тогда почти к поверхности Земли – как теперь на Марсе, – уничтожая все живое. Мощные извержения вулканов поливали все вокруг огнем. Метеориты, падавшие бомбами на планету, оставляли громадные кратеры.

Зарождение жизни на фоне «космической бомбежки» было далеко не гладким. Вполне вероятно, что колонии микробов, поселившиеся в «подвале планеты», вовсе не были случайно засыпаны лавой и вулканическим пеплом. Жизнь могла зародиться там, в земных недрах, и лишь впоследствии микроорганизмы выбрались на поверхность, как еще позднее обитатели морей начали завоевывать сушу.

Впрочем, пока мы слишком мало знаем о подземных микробах, чтобы с уверенностью судить о том, не их ли далекие предки положили начало жизни на Земле. Будущие исследования наверняка внесут ясность и в этот вопрос. Если идея зарождения жизни в недрах планеты подтвердится, то почему бы микробы не могли появиться и в марсианском грунте? Может быть, их колонии и теперь процветают там – «глубинная биосфера Марса»?

Вода, снег и лед

С чего начинается дождь?

Моделирование атмосферы Земли и процессов, протекающих в ней, – одна из сложнейших задач, стоящих перед учеными. Как описать поведение 5 квадрилионов тонн воздуха, составляющих оболочку Земли?

Вот простой вопрос: «С чего начинается дождь?» Точного ответа до сих пор нет. Конечно, не будет тучки на небе, и дождиком не покаплет, это известно каждому. Но что происходит за пеленой облаков? Как клубы водяного пара свертываются в капельки? Как заглянуть внутрь дождевой тучи?

Исследовать ее с самолета рискованно. В лаборатории же удается воссоздать лишь пелену тумана объемом в несколько кубических метров. Подобный клочок имеет мало общего с обычными облаками. В нашей средней полосе столп воздуха над каждым квадратным метром почвы содержит от 10 до 50 килограммов водяных паров. Правда, в основном мы не видим их. Лишь оседая на аэрозолях – песчинках и пылинках над сушей или частицах соли над океанами, – водяные пары сгущаются, образуя капли. Если бы не аэрозоли, небо всегда было бы ослепительно-голубым.

Однако, когда содержание аэрозолей в воздухе особенно высоко, это, как выяснили недавно ученые из Гетеборгского университета, ведет к уменьшению количества осадков. Ведь чем больше центров конденсации возникает в облаках, тем меньше размер дождевых капель, образующихся здесь. Порой они вдвое меньше обычного. Между тем дождь начинается, только когда капли достигают определенной величины. Маленькие же капли, хоть их и очень много, попросту не долетают до земли. Как хорошо! Значит, не пойдет дождь?