Глубоко под океанским дном, в кромешной тьме и под чудовищным давлением, жизнь не просто существует — она, похоже, научилась добывать энергию буквально из камня. Ранее считалось, что глубинная биосфера зависит лишь от органики, но открытия последних лет показали, что подземная биосфера оказалась вдвое больше всех океанов и её обитатели способны питаться водородом из минералов. Долгое время считалось, что бактерии и археи, населяющие морские глубины, всецело зависят от органических остатков, медленно оседающих сверху. Но недавнее исследование заставляет взглянуть на этих крошечных обитателей иначе: они могут сами запускать химические реакции в минералах, высвобождая водород и используя его как топливо.

Невидимая жизнь в толще породы

Морское дно — далеко не безжизненная пустыня. Напротив, оно кишит микроорганизмами. Огромные популяции архей и бактерий обитают в отложениях на глубине в сотни метров и даже километров под поверхностью дна. Например, недавно жизнь нашли на глубине 1626 м под дном океана, где микроорганизмы существуют при экстремальных температурах и давлении. Главный вопрос, который десятилетиями волновал учёных, — чем они там питаются? Ведь солнечный свет туда не проникает, а поток органики из верхних слоёв океана крайне скуден.

Традиционная модель рисовала этих микробов пассивными потребителями: они ждут, пока сверху упадут остатки планктона или других организмов, и медленно, крайне экономно расходуют эту скудную пищу. Но исследователи из университетов Германии и Великобритании заподозрили, что в этой картине не хватает важного элемента — самих минералов, из которых состоит дно.

Эксперимент с нагреванием: водород из ниоткуда

Чтобы проверить свою гипотезу, учёные поставили простой, но элегантный опыт. Они взяли самые распространённые в природе минералы — в том числе обычный кварц — и тщательно измельчили их. К полученной минеральной массе добавили образцы глубинных отложений, содержащих естественные сообщества микроорганизмов. Затем эту смесь начали нагревать, моделируя условия, которые царят на глубине примерно трёх километров под дном океана, где температура достигает 100 °C.

Результат оказался неожиданным. Уже при 70 °C в смеси начал выделяться водород. Но самое интересное проявилось в контрольном опыте: когда те же минералы нагревали в стерильных условиях, без микроорганизмов, водород не появлялся. Выходило, что газ рождается не просто от контакта горячей воды с камнем — для этого нужны живые бактерии.

Руководитель проекта Джон Паркс из Кардиффского университета так прокомментировал увиденное: «Данное высвобождение энергии происходит при непосредственном участии самих бактерий, и, похоже, они играют в этом ключевую роль. Ранее мы связывали выделение водорода и других газов в зонах геологической активности исключительно со свойствами находящихся в этих зонах минералов и горных пород, выступающими в роли катализаторов различных химических реакций, например, распад воды на составляющие её кислород и водород. Никто ранее не мог предположить, что микроорганизмы сами катализируют эти химические процессы».

Катализаторы в живых клетках

Что именно делают микробы? Судя по всему, они выступают в роли биологических катализаторов. В обычной геологии водород может образовываться при взаимодействии воды с некоторыми минералами, но для этого часто требуются высокие температуры или специфические условия. Бактерии же, видимо, ускоряют эти реакции даже при относительно умеренном нагреве, делая процесс энергетически выгодным для себя. Они не просто пассивно ждут готовую пищу — они активно создают её, высвобождая водород из минеральной матрицы.

Это открытие переворачивает представление о глубинной биосфере. Если микробы способны «питаться камнем», значит, жизнь может существовать в гораздо более широком диапазоне условий, чем считалось раньше. И масштабы этой скрытой экосистемы могут быть колоссальными — ведь минералов под морским дном невообразимо много.

Скепсис и осторожность: органика всё ещё в игре

Однако не все готовы немедленно согласиться с выводами команды Паркса. Оппоненты исследования признают, что эксперимент интересен, но предостерегают от поспешных заключений. Их главный контраргумент — чистота образцов. В глубинных отложениях, которые добавляли к минералам, помимо микроорганизмов неизбежно присутствуют остатки органического вещества. Да, его там мало, но оно есть. И нельзя дать стопроцентной гарантии, что выделившийся водород образовался исключительно из минералов, а не из этой остаточной органики в ходе каких-то других, ещё не изученных процессов.

Это классическая научная дилемма: лабораторный опыт максимально приближен к природным условиям, но идеально воспроизвести их невозможно. В реальной среде минералы и органика всегда перемешаны, и разделить их вклад — сложнейшая задача. Так что точку в этом вопросе ставить рано. Требуются новые эксперименты, возможно, с мечеными атомами или в полностью синтетических средах, чтобы окончательно подтвердить или опровергнуть «минеральную диету» глубинных бактерий.

Что это значит для поиска жизни

Если гипотеза подтвердится, последствия выйдут далеко за рамки морской биологии. Способность микроорганизмов получать энергию напрямую из минералов означает, что жизнь может процветать в таких местах, которые раньше считались совершенно непригодными — например, в глубинных слоях марсианского грунта или под ледяной корой спутников Юпитера и Сатурна. Везде, где есть вода, минералы и немного тепла, теоретически может существовать аналогичная микробная экосистема.

Кроме того, это открытие заставляет пересмотреть глобальные геохимические циклы. Если огромная биомасса под дном океана активно участвует в разложении минералов и выделении водорода, то, возможно, глубинная биосфера вносит куда больший вклад в химический баланс планеты, чем мы думали. Это не просто пассивные едоки, а активные игроки, меняющие состав пород и газов.

Пока же исследование остаётся ярким напоминанием о том, как мало мы знаем о собственной планете. Под ногами, в толще земли и океана, скрываются процессы, которые могут оказаться ключевыми для понимания возникновения и распространения жизни — и не только на Земле. Вопрос лишь в том, сумеем ли мы заглянуть в эту скрытую вселенную достаточно глубоко.