Жизнь в камне

В книгах и преданиях жизнь кипит не только на земле, но и под землей. Гномы добывают драгоценные металлы, в холмах живут эльфы и хоббиты, а пещеры с сокровищами охраняют свирепые драконы. Там же расположены копи Мордора и жилища троллей. В недрах земли многие древние народы селили души умерших – вполне логично, ведь на поверхности для всех места не хватит. Орфей, отправляясь на поиски Эвридики, своей утраченной возлюбленной, должен был спуститься в подземное царство, где правил Аид. Месопотамский бог Нергал вместе со своей свитой из демонов и бесов, которые в конце концов уничтожили друг друга, тоже царствовал под землей.

Долгие годы биологи считали, что подземная жизнь существует только в сказках и мифах, и что глубже нескольких метров от поверхности живые организмы можно уже не искать. Однако эти представления остались в прошлом. Невероятно, но микроорганизмы способны выжить в толще скальных пород на значительной глубине, где нет ни кислорода, ни света, зато имеется ощутимое давление. Обнаружили их в 1920 г. в пробах грунтовых вод, собранных на нефтяном месторождении на глубине сотен метров под землей. Тогда этому не придали значения, посчитав найденные формы жизни привнесенными извне во время бурения скважин, однако сейчас способность микроорганизмов существовать глубоко под землей – признанный научный факт. В 1992 г. компания «Тексако», разведывая месторождения нефти и газа в осадочных породах на глубине 2,8 км под Тейлорсвиллским бассейном в Вирджинии, подарила ученым отличную возможность поискать глубинные формы жизни. Даже при строжайшем соблюдении стерильности во время сбора проб в них все равно обнаруживались бактерии. Более того, в основном это были прежде неизвестные науке виды, не нуждающиеся в кислороде, поскольку энергию они добывали из окружающей древней органики, окисляя ее с помощью магния, железа и серы. Кроме того, они обладают жаростойкостью, поскольку населяемые ими породы нагреваются до температуры выше 60° С. Один из видов, обитающих в таких суровых условиях, получил название Bacillus infernos («адская бактерия»).

В наше время микроорганизмы уже обнаружены и глубоко в земных недрах, и под океанским дном, в осадочных и вулканических породах. Осадочные породы откладывались на поверхности Земли и только потом постепенно погружались вглубь, так что найденные в них микроорганизмы, возможно, ровесники этих пород, запертые в их толще с тех самых пор, как миллионы лет назад началось их образование. Эти породы достаточно пористые, поэтому микроорганизмы живут в них повсюду. Однако плотность их невелика. При культивации в лабораторных условиях обнаруживается менее десяти бактерий на каждый грамм породы{41}. Не сравнить с миллиардом бактерий, обитающих в одном грамме садовой почвы. Вулканические породы – граниты и базальты – образуются при затвердении расплавленной магмы. Поскольку они представляют собой монолит, бактерии селятся в основном в тончайших трещинах, однако в некоторых случаях микробы «роют» собственные ходы, растворяя камень. В вулканических породах микроорганизмы появились, скорее всего, уже после застывания – вместе с водой, тысячелетиями просачивающейся с поверхности.

В лабораторных условиях бактерии, выделенные из проб, взятых в Тейлорсвиллском бассейне, росли крайне медленно. По следам дыхательной деятельности бактерий в населяемых ими горных породах Таллис Онстотт из Принстонского университета вместе с коллегами установил, что средний срок удвоения популяции у этих бактерий тоже невероятно долог (несколько тысяч лет). Видимо, в толще породы все силы микробов направлены исключительно на выживание, а не на размножение. А поскольку скорость эволюционного развития в основном определяется скоростью размножения, эти виды бактерий, возможно, практически не изменились за миллионы лет, в течение которых они были погребены заживо в этой толще. Выдумка Жюля Верна о доисторических животных, сохранившихся глубоко в недрах Земли, оказалась не так уж далека от действительности. Он не угадал лишь с размерами, но сама идея существования живых ископаемых где-то под землей оказалась на удивление провидческой.

Подземную жизнь осложняет, помимо всего прочего, почти полное отсутствие органики. В пробах породы, взятых из базальтовых скал реки Колумбия, органики для поддержания жизни явно недостаточно. Однако при этом породы изобилуют микробами. Судя по всему, бактерии питаются самим камнем. По мере выветривания породы высвобождается водород, с помощью которого бактерия превращает растворенный углекислый газ в биомассу, выделяя в качестве продукта распада метан. Выветривание породы обычно объясняют химическими процессами, в результате которых истощаются верхние ее слои. Однако некоторые ученые предполагают, что микроорганизмы тоже играют в нем немаловажную роль, веками точа поверхность породы, добывая минералы и откладывая химические элементы в земной коре.

Золотые прииски в Южной Африке – самые глубокие рудники на Земле, пробитые на глубине 3,5 км от поверхности, где давление в толще камня равно 400 атмосферам, а температура доходит до 60° С. Однако и здесь обитают археи, как установили Таллис Онстотт и Том Кифт (из Горного института Нью-Мексико), побывав на рудниках в 1997 г. Предельная глубина существования жизни определяется не весом каменной толщи, поскольку экстремальное давление одноклеточные организмы выдерживают относительно безболезненно, а температурой окружающей породы. Чем ближе к центру Земли, тем больше она повышается – примерно на 11° С через каждый километр, поскольку радиоактивный распад в ядре планеты происходит с выделением тепла. Следовательно, глубинные организмы должны быть гипертермофилами. Учитывая что верхний предел пригодной для жизни температуры составляет 120° С, археям остаются ближайшие к поверхности пять километров земной коры.