Жизнь в антарктическом озере Восток поддерживается за счет хемосинтеза: бактерии получают энергию из водорода и углекислого газа, поступающих из геотермальных разломов под ледником. Это доказано исследованиями Петербургского института ядерной физики. Ниже разобран детальный механизм этой аномалии.
Миллионы лет под четырехкилометровым щитом льда скрывается водоем, условия в котором наука долго считала смертельными. Изоляция, давление в 400 атмосфер и отсутствие света — классические маркеры мертвой зоны.
Однако запертая в ледяном плену экосистема игнорирует стандартные законы биологии. Аналитика верифицирована на базе многолетних исследований молекулярно-генетического анализа ледовых кернов Российской антарктической экспедиции.
Адское давление и ледяная вода: физика экстремального водоема
Представьте себе гигантский природный термос. Озеро Восток запечатано сверху ледником, толщина которого превышает высоту большинства европейских гор.
Давление на дне достигает 400 атмосфер, а температура воды балансирует на грани замерзания — около -3 °C. Вода не превращается в лед только из-за колоссальной массы, давящей сверху.
В таких условиях мембраны обычных клеток лопаются, а метаболизм останавливается. Но местная жизнь адаптировалась к стрессу, превратив агрессивную среду в стабильный дом.
Хемосинтез вместо солнца: как работает подземная фабрика энергии
Без солнечного света классический фотосинтез невозможен. Проводя аналогию с бытом, местная экосистема работает не от «солнечных батарей», а на автономном «дизельном генераторе». Этот генератор называется хемосинтезом.
Подледные тектонические разломы
Земная кора под озером Восток неоднородна. Водоем расположен в рифтовой зоне, где планету буквально разрывает изнутри.
Через глубокие тектонические трещины в воду постоянно просачиваются эндогенные газы. В первую очередь это водород (H2) и углекислый газ (CO2).
ДНК из ледяной бездны
В намерзшем над озерной гладью льду ученые обнаружили следы термофильной бактерии Hydrogenophilus thermoluteolus. Это чистокровный хемолитоавтотроф.
Ей не нужен свет. Она окисляет водород и за счет этой химической реакции строит свое тело, запуская пищевую цепочку.
- Шаг 1: Тектонический разлом выделяет H_2 и CO_2.
- Шаг 2: Бактерия H. thermoluteolus поглощает газы.
- Шаг 3: Происходит окисление водорода.
- Шаг 4: Синтезируется органика и поддерживается жизнь экосистемы.
Кислородный коктейль: откуда в изоляции берется воздух
В закрытой банке запасы воздуха должны закончиться за пару веков. Озеро Восток не проветривалось миллионы лет, но оно перенасыщено кислородом.
Концентрация этого газа здесь в десятки раз выше, чем в обычной пресной воде. Источником служит сам движущийся ледник.
Материковый лед тает от геотермального теплового потока на границе с озером. Этот лед содержит пузырьки древнего атмосферного воздуха.
Тая, он непрерывно подкачивает в воду свежий кислород. Это обеспечивает бактериям высокий окислительно-восстановительный потенциал для их химических реакций.
Кому темно, тому и коптилка светит
Наши предки давно подметили: отсутствие привычных условий не мешает выживанию, если уметь пользоваться скрытыми ресурсами. Глубоководные бактерии Антарктиды подтверждают эту мудрость на молекулярном уровне.
Пока наука искала жизнь на залитых солнцем просторах, экстремофилы озера Восток миллионы лет успешно осваивали энергию подземных тектонических разломов.
Жизнь на планете оказалась прочнее наших консервативных представлений. Ей достаточно крошечного химического дисбаланса, чтобы запустить вечный двигатель эволюции в абсолютной темноте.