Рана на теле белого бога
В 1911 году Антарктида была последним белым пятном на карте, чистилищем, где европейские джентльмены в тяжелых шерстяных одеждах пытались доказать себе и своим империям, что человеческая воля сильнее законов физики. Это была эпоха, когда география была сродни религии, а покорение полюса — актом веры. Пока норвежец Амундсен, прагматик до мозга костей, на собачьих упряжках мчался к своей цели, его британский соперник, капитан Роберт Фалкон Скотт, обставил свою экспедицию «Терра Нова» со всей подобающей драмой. Он взял с собой не только моряков и пони, но и ученых. Одним из них был австралийский геолог Томас Гриффит Тейлор, человек с пытливым умом и здоровым скепсисом, который смотрел на ледяной континент не как на арену для подвига, а как на гигантский геологический ребус.
Пока Скотт и его обреченная группа шли к полюсу, Тейлор и его команда занимались делом куда более прозаическим, но, как оказалось, не менее важным. Они исследовали западное побережье Земли Виктории, в частности, уникальный регион, который позже назовут Сухими долинами Мак-Мёрдо. Это место — самое странное и самое негостеприимное на всей планете. Это самая большая свободная ото льда область в Антарктиде, самая холодная и самая сухая пустыня на Земле. Здесь почти никогда не бывает снега — ураганные катабатические ветры, разгоняющиеся до 300 км/ч, просто сдувают его, испаряя любую влагу. Пейзаж здесь настолько марсианский, что НАСА позже будет использовать его для испытания своих «Викингов». Голые, ржаво-коричневые скалы, замерзшие, гиперсоленые озера и гигантские ледники, сползающие с Трансантарктических гор, — казалось, жизнь покинула это место миллионы лет назад.
И вот, исследуя один из таких ледников, который позже назовут его именем, Гриффит Тейлор и его спутники увидели нечто, что не укладывалось ни в какие научные рамки. Из белоснежного, почти голубого ледяного утеса, там, где язык ледника обрывался в замерзшее озеро Бонни, сочилась вода. Но это была не просто вода. Ледник кровоточил. Густая, вязкая жидкость ржаво-красного, почти багрового цвета медленно стекала по ледяному склону, оставляя за собой жуткий, кровавый след. Зрелище было настолько сюрреалистичным и тревожным, что казалось, будто природа, устав от стерильной белизны, решила устроить готический хоррор. Тейлор, как и подобает ученому, попытался найти этому рациональное объяснение. Он предположил, что цвет воде придают микроскопические красные водоросли. Эта гипотеза была логичной, элегантной и, как выяснилось сто лет спустя, абсолютно неверной.
Находку назвали Кровавым водопадом (Blood Falls). Она стала геологическим курьезом, одной из многих странностей проклятого континента. Экспедиция Скотта закончилась трагедией, мир погрузился в мировую войну, и о кровоточащем леднике надолго забыли. Но он никуда не делся. Он продолжал сочиться своей ржавой кровью, храня тайну, разгадка которой потребует ста лет, радаров, способных заглянуть под лед, и полностью перевернет наши представления о том, где и как может существовать жизнь.
Ржавчина на белом: сто лет одиночества
Гипотеза Гриффита Тейлора о красных водорослях продержалась на удивление долго. Она была простой, понятной и не требовала сложных объяснений. Но по мере того как наука развивалась, а Антарктида из героического полигона превращалась в гигантскую научную лабораторию, эта версия начала вызывать все больше сомнений. В 1960-х годах, когда ученые смогли, наконец, взять пробы воды из Кровавого водопада и провести ее химический анализ, выяснилось, что никаких водорослей в ней нет. Вообще. Зато в ней было огромное количество железа.
Вода, вытекающая из-подо льда, была, по сути, концентрированным рассолом, перенасыщенным оксидами железа. Оказавшись на поверхности и соприкоснувшись с кислородом, двухвалентное железо, растворенное в воде, мгновенно окислялось, превращаясь в трехвалентное — то есть, попросту, в ржавчину. Именно этот процесс и придавал воде ее кровавый цвет. Тайна цвета была разгадана. Но это было все равно что, расследуя убийство, установить марку пистолета, но не иметь ни малейшего понятия, кто, как и почему нажал на курок.
Главный вопрос оставался без ответа: откуда берется эта вода? Ледник Тейлора, как и все «холодные» ледники Антарктиды, — это монолит, промороженный насквозь. Температура льда здесь составляет в среднем минус 17 градусов по Цельсию. По всем законам физики, никакой жидкой воды внутри него быть не должно. А уж тем более воды, настолько богатой железом. Ученые выдвигали разные теории. Может быть, это талая вода с поверхности, которая просачивается вглубь и по пути насыщается железом из подстилающих горных пород? Но тогда почему она не замерзает? И почему этот источник не иссякает?
Кровавый водопад превратился в «холодное дело», загадку, к которой не знали, с какой стороны подступиться. Он был вызовом для гляциологов, химиков и геологов. Он нарушал все правила. Он доказывал, что мы не до конца понимаем, как устроены эти гигантские ледяные реки. На протяжении десятилетий ученые приезжали в Сухие долины, брали пробы, строили модели, но так и не могли заглянуть внутрь ледника, чтобы увидеть источник этого странного кровотечения. Они были похожи на врачей, которые видят у пациента странные симптомы, но не могут сделать рентген или УЗИ. Они могли изучать только кровь, но не рану, из которой она текла. Так продолжалось до тех пор, пока в арсенале науки не появился инструмент, способный заставить лед говорить.
Эхо в ледяной бездне
Прорыв случился в 2017 году. Команда исследователей из Университета Аляски в Фэрбанксе и Колледжа Колорадо под руководством гляциолога Эрин Петтит и геофизика Джессики Баджли решила применить технологию, которая до этого использовалась в основном для картографирования толщины ледниковых покровов и поиска подледных озер, таких как гигантское озеро Восток. Этот метод называется радиозондированием, или радиоэхолокацией (RES). Суть его проста и напоминает работу медицинского ультразвука или сонара на подводной лодке. Специальный прибор — радар — посылает в толщу льда радиоволны. Проходя сквозь лед, волны отражаются от всего, что имеет другую плотность: от подстилающей скальной породы, от слоев воздуха или, что самое интересное, от жидкой воды. Принимая отраженный сигнал и анализируя время его возвращения, ученые могут построить подробную трехмерную карту всего, что скрыто под ледяным панцирем.
Вооружившись этим «рентгеновским зрением», команда начала методично сканировать ледник Тейлора. Они установили на поверхности льда сетку из передатчиков и приемников и начали «прослушивать» ледник. То, что они увидели на экранах своих компьютеров, было настоящим откровением. Они не просто нашли источник Кровавого водопада. Они обнаружили под трехсотметровой толщей льда целую скрытую гидрологическую систему, сложную и разветвленную, как кровеносная система живого организма.
Оказалось, что Кровавый водопад — это лишь крошечный, видимый выход гигантского подледного резервуара. Радар нащупал под ледником большое, вытянутое подледное озеро, погребенное под 400 метрами льда. Но это было еще не все. От этого озера к выходу из ледника тянулась целая сеть каналов и трещин, по которым и двигалась та самая соленая, богатая железом вода. Ученые смогли проследить весь ее путь, от темных глубин подледного озера до того места, где она, наконец, вырывалась на свет. Они составили первую в мире карту «кровеносной системы» холодного ледника.
Это открытие объяснило сразу несколько загадок. Во-первых, стало понятно, почему вода не замерзает. Оказалось, что подледное озеро — это не просто вода, а гиперсоленый рассол, в несколько раз солонее морской воды. Такое количество соли работает как мощнейший антифриз, не давая воде замерзнуть даже при температуре минус 17. Во-вторых, выяснилось, почему эта система не замерзает со временем. Оказалось, что сам процесс замерзания выделяет тепло (так называемую скрытую теплоту кристаллизации), которое слегка подогревает окружающий лед и не дает каналам полностью перемерзнуть. Ледник, пытаясь заморозить воду, сам себя подогревает, поддерживая эту систему в рабочем состоянии. Это был гениальный природный механизм, самоподдерживающийся водопровод, работающий на протяжении миллионов лет. Тайна источника была раскрыта. Но самое интересное ждало ученых впереди, когда они начали изучать состав самой «крови» ледника.
Мир, запертый во льду
Подледное озеро под ледником Тейлора — это не просто резервуар с соленой водой. Это капсула времени, герметично запечатанная миллионы лет назад. Когда ледник, наступая, накрыл эту долину, он похоронил под собой небольшое соленое озеро или фьорд, который был частью древнего океана. Это произошло, по разным оценкам, от полутора до четырех миллионов лет назад. С тех пор этот маленький кусочек древнего мира был полностью изолирован от атмосферы, от солнечного света, от всего живого на поверхности. Это был затерянный мир, законсервированный во льду.
И в этом мире, как оказалось, есть жизнь. Когда ученые провели микробиологический анализ воды из Кровавого водопада, они обнаружили в ней уникальное сообщество микроорганизмов. Это были бактерии-экстремофилы, способные выживать в условиях, которые раньше считались абсолютно безжизненными. В их мире нет ни света, ни кислорода. Температура всегда ниже нуля. Давление огромно. А соленость такова, что убила бы большинство известных нам организмов. Но они выжили. Они приспособились.
Как им это удалось? Они научились «дышать» не кислородом, а железом. Вода в подледном озере невероятно богата растворенными ионами железа, которые вымываются из подстилающих древних морских отложений. Она также богата сульфатами — солями серной кислоты, оставшимися от древнего океана. Эти бактерии выработали уникальный метаболический цикл. Они используют сульфаты в качестве окислителя (аналог кислорода для нас) и с их помощью «сжигают» органические вещества, которые были заперты в озере вместе с ними миллионы лет назад. А побочным продуктом этой реакции является то самое двухвалентное железо, которое, вытекая на поверхность, и окрашивает водопад в кровавый цвет.
По сути, Кровавый водопад — это продукт жизнедеятельности целой скрытой экосистемы. Эти микробы — единственные известные нам существа на Земле, которые построили свой мир на основе серно-железного метаболизма. Они — живое доказательство того, что жизнь может существовать в самых невероятных и, казалось бы, невозможных формах. Они не нуждаются в солнце, как растения, и не нуждаются в кислороде, как мы. Им нужны только соль, сера, железо и вечная темнота. Они — настоящие инопланетяне, живущие на нашей собственной планете. И именно это делает их такими важными для ученых, которые ищут жизнь на других планетах.
Послание для Европы
Открытие самоподдерживающейся микробной экосистемы, миллионы лет живущей в полной изоляции под ледником, произвело фурор не только среди биологов и гляциологов, но и среди астробиологов. Для них Кровавый водопад стал не просто геологическим курьезом, а идеальной земной моделью тех миров, где они надеются найти внеземную жизнь. В первую очередь, речь идет о спутнике Юпитера Европе и спутнике Сатурна Энцеладе.
Эти ледяные луны — главные кандидаты на наличие жизни в Солнечной системе за пределами Земли. Под их многокилометровыми ледяными панцирями, как предполагают ученые, скрываются гигантские океаны жидкой воды. Вода там жидкая благодаря приливному разогреву, вызванному гравитационным воздействием их планет-гигантов. На дне этих океанов, как и на Земле, могут существовать гидротермальные источники — «черные курильщики», выбрасывающие в воду горячие, богатые минералами струи. И именно в таких источниках, в полной темноте и без кислорода, как считают многие ученые, и зародилась жизнь на Земле.
Но до недавнего времени это была лишь теория. Кровавый водопад дал этой теории первое реальное, осязаемое подтверждение. Он доказал, что сложная микробная жизнь действительно может существовать и процветать в подледном океане, без доступа к солнечному свету, используя для своей жизнедеятельности только химическую энергию, заключенную в минералах. Экосистема Кровавого водопада — это, по сути, Европа в миниатюре.
Это открытие имеет огромное практическое значение. Оно позволяет нам понять, что именно нужно искать на Европе и Энцеладе. Мы должны искать не следы фотосинтеза, а следы хемосинтеза. Мы должны искать не кислород, а метан, сероводород и другие побочные продукты микробного метаболизма. Кроме того, Кровавый водопад — это идеальный полигон для отработки технологий, которые понадобятся для будущих космических миссий. Здесь, в относительно доступных земных условиях, можно тестировать радары для сканирования льда, буровые установки, способные работать при сверхнизких температурах, и приборы для обнаружения микробной жизни, которые не загрязнят стерильные инопланетные миры земными бактериями.
Как сказала одна из участниц исследования, Джилл Микуки, «это как найти затерянный мир, который был заморожен во времени. И который дает нам представление о том, как могла бы выглядеть жизнь на других планетах». Кровавый водопад, эта странная, пугающая аномалия в самом сердце ледяной пустыни, оказался посланием. Посланием из глубин времени и льда. Посланием, которое говорит нам, что жизнь — это невероятно упорное и изобретательное явление, способное найти лазейку даже в самых безнадежных условиях. И что, возможно, мы не так одиноки во Вселенной, как нам иногда кажется. Нужно просто знать, где и как искать.