100 великих тайн Земли - Александр Волков

Посредине озера расположен «остров», где земля непосредственно соприкасается со льдом. Этот «остров», напоминающий горную цепь, делит озеро на две почти не связанные друг с другом части, препятствуя водообмену между ними. Поэтому химический и биологический состав в обеих частях озера – северной и южной – может разниться. «Южный водоем» занимает примерно две трети всей площади озера. Он заметно глубже «Северного водоема», чья глубина, пожалуй, не превышает 400 метров.

Нижний край ледяного панциря, сковавшего озеро, лежит прямо на воде, но поверхность его вовсе не горизонтальна. На севере озера лед на несколько сотен метров толще, чем на юге.

Никто пока не видел воочию это озеро. Это – последний крупный водоем, не затронутый деятельностью человека. Здесь безраздельно властвует Природа.

В 1990 году стартовал совместный российско-французско-американский проект. Намереваясь изучить, как менялся климат Антарктиды, исследователи начали бурить лед близ станции Восток. По чистой случайности они выбрали для бурения место именно над озером. К январю 1996 года они достигли уже глубины 3623 метра, и лишь тогда работы были прекращены примерно в 120 метрах от воды, чтобы не загрязнить ее микроорганизмами. К этому времени было доказано, что подо льдом простирается огромное озеро. Анализ льда, извлеченного из скважины, показал, что последние 60 метров ученые бурили уже не ледяной щит, а слой льда, образовавшийся, когда вода у поверхности озера замерзла.

Вот уже 15 миллионов лет озеро Восток скрывается подо льдом. Вероятно, сотни тысяч, а может быть, и миллионы лет оно отрезано от внешнего мира. Озеро Восток, по словам ученых, «это окошко в тот мир природы, в тот климат, который существовал на Земле в далеком прошлом». Большинство его обитателей умерло голодной смертью, но, видимо, некоторые микроорганизмы выжили. Компьютерные расчеты показывают, что озеро Восток в сотни раз беднее питательными веществами, чем Ладожское или Онежское. Однако для бактерий этого достаточно. Вода в озере циркулирует, происходит ее горизонтальное и вертикальное перемешивание. Благодаря этому толща озера насыщается кислородом.

Условия обитания в этом озере нельзя не назвать экстремальными: очень низкая температура, громадное давление, содержание кислорода примерно в 50 раз выше, чем в обычной пресной воде. Тем не менее, по оптимистичной оценке швейцарского географа Альфреда Вюста, в каждом миллиметре воды озера Восток может находиться до миллиона бактерий. Биологи рассчитывают найти здесь не только привычных для нас тихоходок или туфелек, но и уникальные популяции микробов, развившиеся в необычных условиях. Их эволюция протекала независимо от внешнего мира.

Кстати, во время бурения, в слое замерзшей воды, извлеченном из скважины, действительно были обнаружены микробы, но ученые не могут пока точно сказать, идет ли речь об организмах, обитавших в воде озера, или микробы были занесены сюда самими исследователями.

Палеонтологов же очень интересует слой отложений глубиной в несколько сотен метров, образовавшийся на дне озера. Очевидно, здесь можно найти многочисленные останки животных, обитавших в далеком прошлом в самом озере и по его берегам. Ведь когда озеро оказалось отрезано от внешнего мира и здесь стало не хватать пищи, началось массовое вымирание животных, обитавших в его водах. Из-за отсутствия света прекратились процессы фотосинтеза. Это привело к гибели водорослей и других водных растений. Остатки погибших организмов, прежде всего скелеты и раковины, усеяли дно озера и должны были сохраниться по сей день. Их открытие позволит ученым достаточно полно реконструировать мир озера Восток, каким он был, прежде чем оказался погребен подо льдом.

В январе 2011 года руководители Арктического и антарктического научно-исследовательского института в Санкт-Петербурге объявили о планах завершить бурение скважины и взять пробы воды из озера. Последние два-три десятка метров было намечено использовать вместо обычного механического бура термический бур, который расплавит слой льда, скрывающий озеро. Когда поверхность озера будет достигнута, вода устремится в скважину и замерзнет. Пробы свежего льда и будут извлечены исследователями.

8 февраля 2012 года было объявлено, что из скважины, с глубины 3768 метров, удалось извлечь пробу только что замерзшей воды. Предполагается, что в дальнейшем озеро обследует робот. Он возьмет образцы воды и отложения со дна озера. Генетический анализ материала проб даст, наконец, ответ на вопрос: есть ли в озере Восток жизнь?

Жизнь зародилась в толще льда?

Вопрос происхождения жизни на нашей планете – одна из главных проблем современной науки. Пока ученым остается лишь гадать и строить гипотезы в попытках понять, каким образом мертвая органическая материя превратилась в первые примитивные формы жизни. Так где же это произошло? Где 4 миллиарда лет назад включился механизм дарвиновской эволюции?

Новые эксперименты ученых свидетельствуют о том, что первые живые организмы могли возникнуть в толще льда, а вовсе не в теплом «первородном бульоне». Эту неожиданную гипотезу выдвинул в 1999 году немецкий физик, норвежец по национальности, Хауке Тринкс.

Поначалу идея казалась абсурдной. Ведь все прежние догадки о происхождении жизни – в каких бы декорациях ни заставляли ученые свершаться это знаменательное событие, будь то на поверхности океана, возле глубоководного источника или же в космосе, далеко от нашей планеты, – объединяло общее начальное условие: жизнь зарождалась в тепле.

Еще памятный эксперимент американского биохимика Стэнли Миллера, проведенный в 1953 году, подтвердил, что в доисторические времена в атмосфере нашей планеты (в данном случае воздушной оболочкой служила смесь аммиака, водорода, метана и водяных паров) при температуре в несколько десятков градусов выше точки замерзания в самом деле могут возникать аминокислоты – составные части белков.

Однако этот эксперимент, вполне пригодный для посрамления верующих с их вечным рефреном «в начале сотворил», вскоре перестал устраивать самих ученых. В дальнейших опытах Миллеру и его последователям так и не удалось получить сложные биомолекулы. Кроме того, состав атмосферы Земли в тот памятный миг «Генезиса», как выяснилось теперь, был иным. Она состояла не из аммиака и метана, которые быстро разлагаются под действием солнечных лучей, а из углекислого газа, азота и водяных паров, а этого недостаточно, чтобы образовались части «молекул жизни».

Одноклеточные водоросли, которые развиваются в нижнем слое морского льда, часто образуют цепочки и нити

К тому же среди химиков пошли разговоры о том, что тепло не помогает, а лишь мешает зарождению жизни. Представьте себе, вы собираете пазл, а чья-то невидимая рука, выбрасываясь на миг из-за вашей спины, одну за другой похищает детальки будущей картины. Вот так и солнечные лучи, едва соберутся молекулы, без которых не сложится «первоэлемент жизни», начинают бесцеремонно их «красть» – точнее, разрушать. Чтобы сохранить биомолекулы до того момента, когда они начнут размножаться, следует на какое-то время законсервировать их. Необходима, по словам исследователей, «энергетическая впадина», например низкотемпературная фаза, когда процессы разложения молекул почти приостановятся.

В конце концов, сам Миллер в 1998 году перечеркнул прежние надежды, проведя еще один знаменательный опыт – исследовав влияние температуры на компоненты одной из важнейших биомолекул, РНК. В этом эксперименте аденин, гуанин, цитозин и урацил – элементы, содержащиеся во всех живых клетках в составе рибонуклеиновой кислоты, – оказывались то на жаре, то на холоде. При 100 °С эти части РНК быстро гибли. В то же время при 0° большинство их, по словам Миллера, были, в принципе, «достаточно стабильны», чтобы образовать рибонуклеиновые кислоты. Этот опыт окончательно убедил его в том, что молекулы жизни вряд ли могли сформироваться, например, в геотермальных источниках.

Что ж, неужели мы обязаны теперь отправиться на Крайний Север, чтобы там, среди торосов, под завывание пурги, задуматься о том, как пробуждались к жизни частицы органического вещества. И новый завет биологов, ратующих за смену парадигмы, должен звучать так: «В начале были мрак и мраз; потом же ожила твердь, что была мертвее любого камня»?

«Нужно помнить следующее, – пишет Тринкс в книге “Шпицбергенский эксперимент”. – При температуре от 10 до 20 °С определенные биомолекулы разлагаются в считаные недели, в то время как при 5° ниже нуля – в течение десятков тысяч лет». Так что жизнь может зародиться в любой среде, но лишь в оцепенении и покое – при очень низких температурах – она способна сохраниться. Лед можно рассматривать как идеальный инкубатор «молекул жизни». Он консервирует их; в его толще они могут пусть очень медленно, но зато стабильно развиваться.