Земля — это не сплошная масса породы: ее горячая, темная, изломанная поверхность является домом для странных и удивительных форм жизни
Живой ландшафт вокруг нас — это просто тонкий шпон на обширной, малоизученной территории Земли. Широко распространенное заблуждение о глубине недр состоит в том, что это царство состоит из непрерывной массы однородной сжатой твердой породы. Мало кто знает, что эта масса породы сильно изломана, и во многих из этих трещин и разломов вода течет на глубине сотни километров.
Глубокая Земля поддерживает всю биосферу, в значительной степени отрезанную от поверхностного мира, и все это только начинает изучаться. Глобально, пресноводный резервуар в недрах оценивается в 100 раз больше, чем вся доступная пресная вода в реках, озерах и болотах вместе взятых. Эта вода, в возрасте от семи до 2 миллиардов лет, интенсивно изучается исследователями, потому что она определяет местоположение и область глубокой жизни.
Теперь мы знаем, что глубокая земная недра является домом для одной квинтиллиона простых (прокариотических) клеток. Это в 20 раз больше клеток, чем живет во всем открытом океане.
По некоторым оценкам, глубокая биосфера может содержать до одной трети всей биомассы Земли. Чтобы постичь глубокую биосферу, мы должны заглянуть за привычные правила биологии. На первый взгляд, жизнь без Солнца в течение длительного периода времени опасна или смертельна. Без дневного света растения и культуры не могут расти.
Температура становится все холоднее и холоднее. Немногие организмы, в том числе люди, могут долго терпеть такие условия.
Например, люди, живущие за Полярным кругом, а также обслуживающий персонал на исследовательских станциях Антарктики в зимний период, испытывают 24-часовую темноту в течение нескольких месяцев в году. Они более уязвимы для проблем со здоровьем, таких как депрессия. Они находят способы адаптироваться и пережить долгую, темную, холодную зиму, но это не легко. Теперь представьте себе проблемы в местах, которые были изолированы от солнечного света и органических соединений, полученных в результате светозависимых реакций в течение миллионов или даже миллиардов лет. Кажется непостижимым, что там что-то может выжить. И все же ученые, в том числе члены нашей команды из Принстонского университета в Нью-Джерси, обнаружили на глубине Земли удивительно разнообразные микроорганизмы, адаптированные к образу жизни, независимому от Солнца.
Солнечный свет может проникать на глубину до 1000 метров в океанской воде, но свет проникает не более чем на несколько сантиметров в почву или камни. Холод там не проблема, однако. Как раз наоборот: дождевая вода, которая просачивается на километры вглубь коры вдоль трещин и разломов между камнями, может достигать температуры 60 ° C (140 ° F) или выше. Чем дальше вы спускаетесь с поверхности, тем ближе вы к мантии. Тепло, поднимающееся из внутренней Земли — это то, что нагревает воду в трещинах. Кроме того, вода находится под высоким давлением, содержит очень мало кислорода или вообще не содержит его и подвергается бомбардировке излучением естественных радиоактивных элементов в породах.
Подземная вода реагирует с минералами в континентальной коре, и чем дольше вода там задерживается, тем больше времени накапливается в результате этих реакций на пути потока. Медленные реакции между водой и камнем растворяют минералы в воде и расщепляют некоторые молекулы воды, образуя молекулярный водород. Этот водород является важным топливом для микроорганизмов в глубоких недрах.
Мы также начинаем составлять карту различных экосистем и популяций глубокой Земли. Вообще говоря, более старая подземная трещинная вода является более соленой и имеет более высокие концентрации растворенного водорода. Наши исследования и исследования некоторых наших коллег показали очевидную тенденцию, что микробы, живущие в более старой, более солоноватой воде, заметно отличаются от таковых в более молодой и менее соленой воде.
В старомодных экосистемах преобладают утилизирующие водород микроорганизмы, такие как сульфатредуцирующие бактерии и метанобразующие археи. Эти метан-продуцирующие археи, или метаногены, являются микробами, которые визуально напоминают бактерии, но настолько структурно и генетически различны, что принадлежат совершенно отдельной области жизни. Сульфатредуцирующие бактерии и метаногены относятся к числу тех форм жизни, которые появились ранее в истории эволюции. Напротив, в молодых водных экосистемах преобладают метаболически разнообразные и разносторонние бактерии типа протеобактерий.
Исследования глубокой экосистемы уже находят отклик во многих областях науки. Они вызывают новые идеи о происхождении жизни и о пределах метаболизма.