Экстремальная жизнь: курильщики на дне океана
Очень часто взор писателей-фантастов устремлен к звездам, именно там мы ищем великие тайны и загадки, в далеких мирах мы хотим встретить новую жизнь. Но и на Земле есть места, о которых мы знаем крайне мало, иногда даже меньше, чем о некоторых объектах солнечной системы. И эти миры находятся глубоко под водой, на дне мирового океана. Связано это со сложность и дороговизной исследований. Как ни парадоксально, сейчас проще запустить человека в космос, чем опуститься в самую глубокую впадину на Земле - Марианскую.
Одним из таких объектов, которые открывают для нас новые грани жизни, являются «черные курильщики», впервые открытые в 1977 году, и скрывающиеся от человеческого глаза на глубине 2,5 -3 (а иногда и более) километров. Черные курильщики (научное название гидротермальные источники), наверное, самое загадочное место на земле (хотя на дне Марианской впадины, тоже есть чему удивиться). Свое название они получили из-за извержения перегретой воды, окрашенной сульфидом железа в черный цвет. Жизнь там крайне сурова: температура выбрасываемой воды от 60°С до 464°С, а давление на глубине 3км составляет уже 300 атмосфер (именно благодаря такому давление вода остается жидкой даже при температуре более 400°С), а кислотность среды может достигать pH=2,8.
Привычная для нас экосистема базируется на растениях и фотосинтезирующих бактериях, которые синтезируют органику из углекислого газа атмосферы и воды с помощью энергии солнечного света. В глубине океана нет живительных солнечных лучей, поэтому, как предполагалось, раньше жизнь сложных экосистем там невозможна. Однако, жизнь намного разнообразнее, чем предполагали ученые, на дне океана около черных курильщиков жизнь не только существует, но и активно процветает. А основана она не на фотосинтезе, а на хемостинтезе, органика синтезируется из того же углекислого газа, только вместо воды и по совместительству источником энергии используется сероводород, а в результате реакции выделяется сера. Самое забавное, что и в этом далеком мире с сильным запахом тухлых яиц и серы, куда не проникает ни одного лучика Солнца (еще пара котлов на дровах и прямо-таки Преисподняя), есть фотосинтезирующие организмы, хотя они в качестве источника используют не Солнце, а слабый «геотермальный свет» , фактически это свет раскаленной магмы (оригинал статьи можно посмотреть здесь). Это опять же добавляет оптимизма астробиологам в надежде найти похожие на нас организмы в солнечной системе.
Черными курильщика плотно интересуются астробиологи (об чьей работе я совсем недавно уже писала), и это не праздный интерес, ведь предположительно на Европе (спутнике Юпитера) под толстым слоем льда могут существовать подобные «курильщики», а вокруг них жизнь.
«Курильщики» имеют весьма узнаваемую структуру вытянутой трубки (временами их высота может достигать 60м), собственно отсюда и происходит их романтическое название. Формируется она за счет растворенных минералов. Перегретая вода с большим количеством минералов (в основном сульфиды) выбрасывается в ледяную воду океана и сразу около выхода выпадают в осадок увеличивают высоту сооружения. Когда он становится слишком высоким, то трубка разрушается и все повторяется снова. На поверхности земли такие высокие "башни" сформироваться бы не могли, из-за менее плотной среды и сильного ветра они бы разрушались гораздо быстрее. К сожалению, осмотреть все великолепие курильщиков крайне сложно, так как видимость ограничена прожекторами. Но есть трехмерные реконструкции поверхности и столба дыма. Выброс перегретой воды чем-то напоминает извержение вулкана. Столб «пепла» может подниматься до 300 метров в высоту и образовывать «облако» диаметров до 1,5 км. Самое интересно, что из-за вращения земли это облако отрывается от столба и путешествует на многие километры, перенося с собой образцы живых организмов в поисках новых мест обитания.
Впервые черные курильщики были открыты в 1977 году, каково было удивление ученых, когда они обнаружили жизнь вокруг этих подводных гейзеров, там, где для обычных животных вода вокруг абсолютно ядовита.
Принцип организации экосистем вокруг черных курильщиков везде одинаковый, но населящие виды сильно отличаются, так как системы являются изолированными. В Тихоокеанских глубинах основные обитатели этих экосистем - гигантские кольчатые черви. Они совершенно уникальны и являются яркими представителями симбиотических организмов. У этих червей нет ни рта, ни пищеварительной системы, однако это им не мешает вырастать до 2 метров длиной. В чем их секрет? Оказывается, у них есть специальный орган (занимающих большую часть тела), в котором живут бактерии, которые с помощью хемосинтеза производят питательные вещества для себя и своего хозяина. Чтобы снабжать свою персональную маленькую фабрику химическими элементами, у червей есть специальный орган похожий на красный «воротничок». Цвет ему придает гемоглобин, который способен переносить не только кислород, как у большинства живых организмов, но и сероводород. Таким образом, необходимые для синтеза вещества поступают из окружающей воды на бактериальную ферму, где превращаются в органические молекулы. Эти гигантские черви живут в относительно узком диапазоне температур от 2 до 30С, т.е. они должны находиться на определенном расстоянии от горячей струи, чтобы быть в оптимальном температурном режиме.
Другой не менее интересный представитель Помпейский червь. Это одно из самых термоустойчивых животных на планете, так как обитают в воде, разогретой до 80С. Вероятно, их секрет заключается в бактериальной «шубке», через поры кожи Помпейский червь выделяет секрет, который привлекает микроорганизмы, в качестве благодарности они создают вокруг хозяина изолирующий слой (http://scribol.com/environment/the-pompeii-worm-the-most-fireproof-animal-on-earth). Сам червь вырастает до 13 см. Изучение этого уникального животного длительное время было затруднено, так как он не может выживать при низком (для него) давлении, однако в 2013г с помощью специального оборудования, поддерживающего очень высокое давление, ученые смогли достать живого представителя и даже провести исследования. Оказалось, что глубоководный обитатель не может долго находится при температуре 50-55°С, хотя оптимум у него и высокий - 42°С, 80°С для него все-таки многовато… Но это не уменьшило интерес ученых к этому необычному животном. В этом году вышла публикация, что из него выделили антимикробный пептид, впервые для обитателя черных курильщиков, с его помощью хотят больше понять как организмы выживают в этой среде и как борются с глубоководными инфекциями :-).
Недавняя экспедиция к известному черному курильщик в Индийском океане с романтическим названием - Драконья труба (в оригинале Dragon Vent), показала, что его населяют совсем другие обитали. Самые многочисленные - большие крабы, также там были обнаружены морские огурцы, креветки и даже улитки.
Помимо черных курильщиков есть еще и белые курильщики. Как следует из названия, они извергают белые потоки воды, что обусловлено высоким содержанием бария, кальция и кремния. Температура воды у них ниже, да и трубки обычно меньшей высоты. Как и вокруг черных курильщиков вокруг белых образуются уникальные экосистемы.
Сейчас очень популярные теории, что жизнь на Земле зародилась именно около «черных и белых курильщиков» (http://www.space.com/19439-origin-life-earth-hydrothermal-vents.html). За это говорит много фактов: хемосинтезирующие бактерии, большое количество химических соединений и перегретая (а, следовательно, более активная) вода. Как и сегодня, струи очень горячей воды под давлением выбрасывали такие соединения, как сероводород, углекислый газ, метан, ионы аммония. Помимо них в воде было много и ионов металла (железо, никель и многие другие), которые в этой богатой среде могли играть роль катализаторов, а значит ускорять реакции синтеза органических соединений из этого бульона.
Сегодня, это одна из многих теорий, но ее предает некую романтическую привлекательность тот факт, что предположительно на спутнике Юпитера Европе есть подобные «курильщики», а, следовательно, это значительно увеличивает шансы найти там жизнь.