В нескольких километрах под нашими ногами находится скрытый мир микробов, химические реакции которых определяют долгосрочную пригодность для жизни на планете. Новое исследование предполагает, что некоторые из этих микробов выкачивают огромное количество углерода, когда он попадает на Землю, используя его для подпитки своих собственных бессолнечных экосистем. Углерод, который не может быть погрузиться глубже в Земле, в конечном итоге уйдёт обратно в атмосферу, где он может помочь согреть планету. Исследователи говорят, что микробы представляют собой незаменимый фактор в попытках сбалансировать глубокий углеродный цикл Земли.
«Это действительно большой шаг вперёд», - говорит биогеохимик Технологического института Джорджии Дженнифер Гласс, которая не принимала участия в исследовании. Она добавляет, что это одна из первых работ, показывающих, как подземные микробы могут улавливать глобально значительные количества углерода.
Потепление в результате антропогенных выбросов двуокиси углерода (CO2) будет решающим фактором для определения температуры поверхности в ближайшие столетия. Но есть также более глубокий углеродный цикл, который длится сотни миллионов лет. Плиты океанической коры погружаются в мантию Земли в зонах субдукции, унося с собой углерод для длительного хранения в мантии. Часть этого углерода, растворенного в поднимающихся каплях магмы и газов, повторно излучается вулканами. Но многое из того, что происходит, не возвращается, и исследователи до сих пор не до конца понимают, почему.
Учёные обнаружили часть этого недостающего углерода в 2017 году, когда они исследовали газы и жидкости, выходящие из более чем 20 горячих источников в Коста-Рике. Источники находились на 40–120 километров выше зоны субдукции, где Кокосовая плита ныряет под Центральную Америку. Учёные обнаружили, что часть углекислого газа, который уходит вниз с опускающейся плитой, превращается в горную породу и никогда не достигает глубокой мантии или атмосферы. Но они также увидели намёки на то, что с плит откачивается больше СО2, чем можно объяснить одним только горным образованием.
Теперь, выполнив дополнительный анализ образцов горячих источников, та же исследовательская группа обнаружила признаки химических реакций, которым могли способствовать только живые существа. Соотношение изотопов углерода в образцах позволяет предположить, что микробы улавливают CO2 с опускающейся плиты и превращают его в органический углерод, чтобы «кормить» и выращивать своё собственное сообщество. Действительно, в образцах горячих источников учёные обнаружили множество бактерий, у которых были гены, необходимые для этой химической реакции. Если это преобразование действительно происходит - а расчёты команды верны, - микробы в этой небольшой полосе Коста-Рики могут улавливать достаточно углерода каждый год.
Эти микробы могут улавливать от 2% до 22% углерода, который ранее считался доступным для глубин мантии, сообщают исследователи в журнале Nature Geoscience. Сохраняя углерод близко к поверхности, где он, вероятно, в конечном итоге просочится и снова войдёт в атмосферу, микробы могут способствовать нагреванию планеты в долгосрочной перспективе, хотя для подтверждения этого потребуются дополнительные исследования.
Два процента могут не сильно повлиять на глубинный углеродный цикл, говорит Оливер Плюмпер, эксперт по взаимодействиям породы и флюида в Утрехтском университете, который не принимал участия в исследовании. Но 22% было вселяет оптимизм для дальнейшего изучения этого процесса. Он говорит, что этот расчёт составляет важную часть головоломки глубокого углеродного цикла, и он может повлиять на прогнозы того, насколько стабильным климат Земли будет оставаться в долгосрочной перспективе - и как долго планета, вероятно, будет пригодна для жизни.
Исследователи также нашли доказательства существования второй группы микробов, которые живут за счёт органических остатков улавливающих углерод бактерий. «Под Коста-Рикой происходит целый мир», - говорит Карен Ллойд, соавтор и микробиолог из Университета Теннесси в Ноксвилле. Исследователи подозревают, что подобная активность наблюдается и в других зонах субдукции по всему миру.
Гласс говорит, что исследование хорошее. Но следующий шаг - доказательство того, что бактерии экспрессируют гены, производящие белки, которые модифицируют и улавливают углерод, - потребует большой работы, включая изотопные индикаторы для отслеживания химических реакций и проекты бурения для сбора прямых образцов с Земли. И хотя очевидно, что эти микробы влияют на нас, похоже, они действуют относительно независимо от поверхностного мира, - говорит Ллойд. Если бы Солнце погасло сегодня, обитатели подземного мира, вероятно, не заметили бы разницы.
По данным научного журнала: sciencemag.org/