Таинственные микробы, живущие глубоко под землёй, и как они могут помочь человечеству

В почве у нас под ногами расположен гигантский, таинственный мир микробов, причём некоторые из них обитают в земной коре уже на протяжении сотни тысяч лет. Что же творится там внизу? Отправляйтесь в путешествие к вулканам и горячим источникам Коста-Рики вместе с микробиологом Карен Ллойд, которая прольёт свет на эти подземные организмы и продемонстрирует, какое значительное влияние они могут оказывать на жизнь здесь, наверху.

Может показаться,
что мы стоим на твёрдой почве,

но это не так.

Камни и грунт под нами
пересечены крохотными трещинками

и пустотами.

В них обитает огромное число микробов,

таких как эти.

Наибольшая глубина под землёй,
где были обнаружены микробы —

пять километров.

Это как если вы
наклонитесь в сторону земли

и пробежите пятикилометровую дистанцию,

и на всём этом пути у вас будут микробы.

Вы могли никогда и не думать о микробах,

живущих глубоко в земной коре,

но, может, задумывались о тех микробах,
что у вас в кишечнике.

Если сложить кишечную микрофлору

всех людей и животных на Земле,

её общий вес составит
около 100 тысяч тонн.

Этот огромный биом мы носим
у себя в животах каждый день.

Мы все должны гордиться этим.

(Смех)

Но это ничто по сравнению
с количеством микробов

на всей поверхности Земли,

а также в почве, реках и океанах.

В общей сложности они весят
около двух миллиардов тонн.

Однако оказывается,
что большинство микробов на планете

находится не в океанах,
кишечниках или очистных сооружениях.

Больше всего их, на самом деле,
обитает в земной коре.

Их общий вес — 40 миллиардов тонн.

Это один из самых больших
биомов на планете,

но мы не знали о его существовании
до недавнего десятилетия.

Вариантов того, какова жизнь там внизу

и какую пользу она может принести людям,

бесконечно много.

Красные точки на этой карте — это места,

где мы взяли образцы почвы
с довольно большой глубины,

используя новые методы микробиологии;

и вас может удивить,

как много таких мест по всей Земле,

но если вспомнить,
что образцы у нас есть только отсюда,

то смотрится это уже немного хуже.

Если бы мы были на космическом корабле

и пытались бы воссоздать карту мира
только по этим образцам,

нам бы это никогда не удалось.

Иногда мне говорят:

«Ну да, в почве есть много микробов, но...

разве они не как будто в спячке?»

Это хороший аргумент.

По сравнению с фикусом, глистами
или морскими свинками моих детей,

эти микробы, пожалуй,
выглядят неактивными.

Мы знаем, что они должны быть медленными,
потому что их очень много.

Если все они начнут делиться
со скоростью кишечной палочки,

то увеличат в два раза общий вес
Земли, включая горные породы,

только за одну ночь.

На самом деле, многие из них, возможно,
ещё не прошли этап деления одной клетки

с момента существования Древнего Египта.

Что просто невероятно.

Как представить себе нечто,
живущее так долго?

Мне очень нравится одно сравнение,

правда, оно странное и сложное.

Но я надеюсь,
вы сможете уловить смысл.

Итак, попробуем.

Это как пытаться понять
жизненный цикл дерева...

если вы прожили только один день.

Как если бы жизнь человека длилась
только один день зимой,

и он бы за всю жизнь

так и не увидел дерева с листьями.

И очень много поколений людей

прожило бы в течение одной зимы,

так что у вас, вероятно, был бы
только такой учебник истории,

в котором бы утверждалось,
что у деревьев всегда голые ветки

и что деревья бездействуют.

Конечно, это странно.

Мы знаем, что деревья просто ждут лета,

когда они пробуждаются.

Но если продолжительность жизни людей

была бы намного короче, чем у деревьев,

мы бы даже не заметили
этого совершенно обыденного факта.

Когда мы говорим, что микробы
глубоко под землёй неактивны,

не похожи ли мы на тех людей,
пытающихся понять, как устроены деревья?

Что если эти подземные организмы

просто ждут свою версию лета,

а наша жизнь слишком коротка,
чтобы осознать это?

Если поместить кишечную палочку в пробирку

без еды и питательных веществ

и оставить её там
на несколько месяцев или лет,

большинство клеток,
конечно, умрёт от голода.

Но некоторые из них выживут.

Если вы возьмёте эти оставшиеся клетки

и подселите к ним,
также в условиях голодания,

новые быстрорастущие штаммы
кишечной палочки,

старые крутые ребята
вытеснят этих безупречных выскочек,

и так каждый раз.

Это доказывает наличие
эволюционного преимущества в том,

чтобы быть необычайно медленным.

Так что, возможно,

мы не должны считать
медленные организмы неважными.

Может быть, эти невидимые,
неосознаваемые нами микробы

могут оказаться даже полезными для людей.

Итак, как нам известно,

есть две стратегии жизни под землёй.

Первая — ждать пищу, которая просочится
туда из мира на поверхности,

например, остатки еды после пикника,
устроенного здесь тысячу лет назад.

Такой образ жизни — безумие,

но, как ни странно, он, кажется,
подходит многим микробам на Земле.

Вторая стратегия — когда микроб решает:

«Нет, мне не нужен мир на поверхности,

я ухожу под землю».

Микробы, выбравшие этот путь,

должны добывать всё
необходимое для выживания

из-под земли.

Что-то достать им даже проще.

Под землёй есть в большем изобилии,

например, вода или такие вещества,
как азот, железо, фосфор,

а также больше места для жизни.

Именно этим мы хотим обладать,
буквально убивая друг друга

здесь, на поверхности.

Но под землёй основная проблема —
найти достаточное количество энергии.

На поверхности

растения могут связывать молекулы
углекислого газа в питательные сахара,

как только фотоны солнца
достигают их листьев.

Но под землёй, конечно,
нет солнечного света,

так что эта экосистема должна решить,

кто будет производить пищу для всех.

Там нужно что-то похожее на растение,

но дышащее рудами.

К счастью, такие организмы существуют,

и они называется хемолитоавтотрофы.

(Смех)

Эти микроорганизмы используют
химические вещества («хемо»),

полученные из горных пород («лито»),

для производства пищи («автотроф»).

Они могут преобразовывать
много разных элементов.

Например, серу, железо,
марганец, азот, углерод,

некоторые могут использовать
чистые электроны напрямую.

Представьте отрезанный кусочек провода:

им они могут дышать,
как через дыхательную трубку.

(Смех)

Хемолитоавтотрофы

преобразовывают энергию,
полученную от этих процессов,

в питательные вещества,
как это делают растения.

Но мы знаем, что растения
производят не только пищу.

Они также выделяют
побочный продукт, кислород,

от которого мы зависим на все 100%.

Но побочный продукт,
произведённый хемолитоавтотрофами,

часто имеет форму минералов,

например, ржавчина,
пирит, оно же «золото дураков»,

или карминиты, известняк.

Итак, у нас есть микробы,
очень-очень медленные, как камни,

эти микробы получают энергию от камней

и выделяют камни как побочный продукт.

Всё-таки речь идёт
о биологии или о геологии?

Всё это размывает границы.

(Смех)

Если я собираюсь разобраться в этом,

если я буду биологом, изучающим микробы,

которые напоминают камни,

тогда я, наверное, должна
начать изучать геологию.

А что самое захватывающее в геологии?

Вулканы.

(Смех)

Это вид на кратер
вулкана Поас в Коста-Рике.

Большинство вулканов на Земле появляются,
поскольку океаническая тектоническая плита

врезается в континентальную плиту.

Когда океаническая плита

пододвигается под континентальную,

вода, углекислый газ и другие вещества

выбрасываются наружу

с хлопко́м, как от мокрого полотенца.

Так зоны субдукции становятся
как бы порталами в глубь земли,

где обмениваются веществами
поверхностный и подземный мир.

Недавно коллеги из Коста-Рики

пригласили меня поработать
с ними на одном из вулканов.

И, конечно, я согласилась,
ведь Коста-Рика прекрасна,

и ещё она находится на вершине
одной из таких зон субдукции.

Нас интересовал конкретный вопрос:

«Почему углекислый газ

из океанической тектонической плиты
глубоко под землёй

выходит наружу только через вулканы?»

Почему не видно его распространения
по всей зоне субдукции?

Связаны ли как-то с этим микробы?

На этой фотографии я внутри вулкана Поас

вместе с коллегой Донато Джованелли.

Озеро рядом с нами состоит
из чистого раствора серной кислоты.

Я это знаю, потому что на этой фотографии
мы как раз измеряем уровень pH.

В какой-то момент
во время работы внутри кратера

я спросила у Карлоса Рамиреса,
коллеги из Коста-Рики:

«Ладно, а если сейчас начнётся извержение,

как мы будем выбираться отсюда?»

Он ответил: «Отличный вопрос.
Это очень легко:

в таком случае просто развернись
и наслаждайся видом».

(Смех)

«Ведь это последнее, что ты увидишь».

(Смех)

Могло показаться,
что он слишком драматизирует,

но спустя 54 дня,
как я стояла у этого озера,

это произошло.

Зрители: О!

Безумно страшно, не так ли?

(Смех)

Это самое большое извержение
этого вулкана за 60 с лишним лет,

немного позже, когда видео заканчивается,

была уничтожена камера,
которая там снимала,

а всё озеро, в котором мы брали образцы,

полностью испарилось.

Я хочу пояснить:

мы были вполне уверены,
что этого не произойдёт

в день нашего пребывания на вулкане,

ведь в Коста-Рике за вулканами
очень тщательно следит

обсерватория вулканологии и сейсмологии,

и в тот день вместе с нами были
учёные из этой обсерватории.

Но сам факт извержения
хорошо иллюстрирует,

что если вы хотите изучить место выхода

углекислого газа из океанической плиты,

то вам нужно исследовать именно вулканы.

Но если вы отправитесь в Коста-Рику,

то сможете увидеть, кроме вулканов,

там повсюду кучу небольших
уютных горячих источников.

У некоторых в воде есть пузырьки,
поднимающиеся вверх

из лежащей глубоко под землёй
океанической плиты.

Согласно нашей гипотезе,
пузырьки должны появляться

именно из-за углекислого газа,

но они просачиваются
откуда-то из-под земли.

В течение двух недель
мы ездили по Коста-Рике

и брали образцы во всех
горячих источниках, что смогли найти...

Это было ужасно, скажу я вам.

Затем мы провели два года,
оценивая и анализируя данные.

Если вы не учёный,
я уточню, что больши́е открытия

не совершаются, когда вы
стоите у красивого горячего источника

или перед публикой:

они происходят, когда вы
сгорбились за пыльным компьютером,

или проверяете работу сложного прибора,

или говорите по Скайпу с коллегами,

потому что полученные данные
вас совершенно озадачили.

Научные открытия,
как микробы в земных недрах,

могут быть очень-очень медленными.

Но в данном случае это
было вполне оправдано.

Мы обнаружили, что буквально
тонны углекислого газа

выходят наружу из этой
глубоководной океанической плиты.

А удерживали их под землёй,

не давая им высвободиться в атмосферу,

находящиеся глубоко в недрах земли,

под всеми этими очаровательными
ленивцами и туканами Коста-Рики,

именно хемолитоавтотрофы.

Эти микробы и химические процессы,
происходящие вокруг них,

превращали углекислый газ в карбонаты

и запирали их под землёй.

В связи с чем появляется вопрос:

если из-за этих подземных процессов
так хорошо всасывается

весь углекислый газ, поднимающийся снизу,

поможет ли это нам
с выбросами углекислого газа,

что стало уже проблемой
здесь на поверхности?

Люди выбрасывают в атмосферу
так много углекислого газ,

что это подрывает способность планеты

поддерживать жизнь такой, как мы её знаем.

Учёные, инженеры, предприниматели

работают над методами
извлечения углекислого газа

из точечных источников загрязнения,

чтобы он не попадал в атмосферу.

И им нужно куда-то его девать.

По этой причине

нужно продолжать изучать места
хранения углекислого газа

по возможности в подповерхностной зоне,

чтобы знать, что там с ним произойдёт.

Будут ли глубоководные микробы проблемой,
ведь они слишком медленные,

чтобы что-то удержать под землёй?

Или они будут полезны

в переработке этого элемента
в твёрдые углеродные минералы?

Если мы можем совершить
такой большой прорыв

только благодаря одному
исследованию в Коста-Рике,

тогда представьте, какие ещё
открытия ждут нас под землёй.

Это новая область геобиохимии,
или биологии недр земли,

называйте это как хотите,

будет иметь большое значение

не только для борьбы с изменением климата,

но и, вероятно, для понимания
эволюции жизни и Земли,

а также для поиска новых продуктов
для промышленности и медицины.

Возможно, она поможет
предсказывать землетрясения,

или найти жизнь за пределами планеты,

или даже поможет понять
происхождение самой жизни.

К счастью, мне не нужно
заниматься этим одной.

Мои замечательные коллеги со всего мира

разгадывают тайны глубоких недр Земли.

Вам может показаться, что жизнь,
спрятанная глубоко в земной коре,

так далека от повседневной жизни,
что и неважна вовсе.

Но на самом деле,
эта необычная, медленная жизнь

может помочь разгадать
некоторые великие тайны

жизни на Земле.

Спасибо.

(Аплодисменты)