Жизнь в подземельях
О глубинной биосфере. Часть 1
Жизнь пронизывает почти все среды – от атмосферы до литосферы. Тем не менее зачастую мы говорим о жизни на поверхности или в толще воды, забывая о жизни под землей. Конечно, мы встречаемся с подземными обитателями на протяжении жизни (например, выкапывая червей на рыбалку), но не задумываемся о том, насколько глубоко она простирается.
Вечный дефицит
Фауна и флора почвы не только заметна, но и изучена достаточно хорошо. Конечно, ежегодно находят новые виды почвенных грибов, протистов и беспозвоночных, но зачастую ничего радикального они не меняют. Скорее всего, эти новые открытия можно описать как «грибок или амеба с необычной окраской или уникальным геномом».
В почве организмы встроены в сложные круговороты веществ, получают достаточно много воды и кислорода, что обеспечивает местной биосфере вполне большое количество ресурсов. Но вот чем глубже мы зарываемся, тем меньше ресурсов туда проникает. Органика и минеральные вещества могут мигрировать в глубину, но с каждым пройденным метром их количество падает. На глубинах в сотни и тысячи метров контакт с поверхностью почти исчезает. В крайне редких случаях и на больших глубинах подземные воды могут не контактировать с поверхностью в течение миллионов лет! Например, в золотой шахте Мпоненг, ЮАР, в 2006 году ученые нашли воду, которая была изолирована в течение 15–25 млн лет. Возраст установили на основе содержащихся в воде изотопов гелия, неона и аргона, постепенно накапливавшихся в ходе распада урана и тория. А воды из шахты Кидд-Крик, Канада, вообще оказывались изолированными на 1,5–2,6 млрд лет!
Несмотря на крайне малые (почти нулевые) поступления энергии и ресурсов с поверхности, на глубинах тоже есть жизнь – удивительная и малоизученная.
Иная химия
Глубинная биосфера несколько отличается от нашей, надземной. В первую очередь типом синтеза органических веществ. Если у нас его основой является фотосинтез, который работает на солнечном свете, в глубинах литосферы основой является хемосинтез, то есть синтез с использованием различных химических реакций. В основном такие реакции идут с участием железа, метана, серы и водорода. Подобные организмы-хемосинтетики есть и в других экосистемах, начиная со дна океана (привет черным курильщикам) и заканчивая нашим окружением (привет уже коррозионным микроорганизмам).
Самым любопытным в этой экосистеме является источник необходимых для реакций веществ. Если на поверхности можно предполагать поступление от иных организмов или фотолиз, то тут идет или прямое окисление (как в ряде случаев на поверхности), или радиолиз. То есть целые участки биосферы поддерживают жизнедеятельность при помощи радиоактивных элементов, которые расщепляют воду или другие соединения.
Жизнь в зоне с повышенным фоном (не на уровне Чернобыля, но и заметно выше того, что у нас) требует ряда адаптаций со стороны организмов. В первую очередь на защиту от излучения и продуктов облучения – активных форм кислорода. Местная биота, представленная в основном одноклеточными организмами, работает на несколько иной биохимии. Нет, это не уровень маргинальных гипотез о кремнийорганических формах жизни, но от надземной флоры и фауны они тоже значительно отличаются. Например, у черных одноклеточных грибов, обитающих в коре океана, повышен уровень меланина в клеточных стенках. Меланин – это тот самый пигмент, отвечающий за темную окраску наших тканей, например потемнение кожи при загаре. Оказалось, что он хорошо защищает от ионизирующего излучения, что оберегает от окислительного стресса и прочих «прелестей» жизни в среде с повышенным радиационным фоном. Другой важной особенностью можно назвать уплотнение клеточной мембраны у архей и эукариот: в отличие от фосфолипидного бислоя их мембраны обладают большим числом насыщенных жирных кислот, образующих плотный жировой монослой. Кроме защиты мембраной у глубинных организмов присутствуют многочисленные «ремонтные системы», позволяющие восстанавливать ДНК или оберегать белки от воздействия негативных эффектов. В частности, в белках подобных организмов находят комплексы марганца, которые препятствуют воздействию окислительного стресса, что позволяет им сохранять работоспособность в экстремальных условиях.
Странные грибы
Пока мы общими словами нарисовали картину глубинной биосферы, теперь же попробуем рассмотреть различных жителей этого скрытого царства. Начнем с представителей грибной ветви, которая не так распиарена, как животные или растения. Да и если мы будем говорить о грибах в литосфере, мы не встретим ничего похожего на боровики, сыроежки и мухоморы. Дело в том, что литосферные грибы – одноклеточные или колониальные организмы, то есть различные виды плесени и дрожжей. Представлены они такими родами, как