океанОкеан— это непрерывная водная оболочка Земли, окружающая материки и острова и обладающая общностью солевого состава. Океан составляет большую часть гидросферы (94%) и занимает около 70,8% земной поверхности. Океан представляет собой огромный аккумулятор солнечного тепла и влаги. Благодаря ему на Земле сглаживаются резкие колебания температуры и увлажняются отдалённые районы суши, что создаёт благоприятные условия для развития жизни. Океан — это богатейший источник продуктов питания, содержащих белковые вещества. Он служит также источником энергетических, химических и минеральных ресурсов, которые используются человеком (энергия приливов, некоторые химические элементы, нефть, газ и другие).

Но кто бы мог подумать, что под морским дном находится целый подземный океан, населенный микроорганизмами. В толще древних отложений и пород, живут мириады бактерий. Возраст некоторых конкретных экземпляров оценивается в 16 миллионов лет. Они практически бессмертны, считают учёные. По предварительным данным, максимальная глубина подземного океана равняется пяти километрам.

Международная группа ученых, вооружившись естественной лабораторией CORK, приступила к изучению этой загадочной и весьма древней биосферы. И недавно, ученые сделали доклад о первых экспериментах с использованием глубоководных технологий, необходимых для долгосрочных научных наблюдений за жизнью микроорганизмов под морским дном. Впервые была произведена попытка изучить жизнедеятельность бактерий в их естественном местообитании, без извлечения их на поверхность. И, судя по всему, она прошла достаточно успешно.

Земная кораТе, кто считает, что жизни в океане не может быть ниже его дна, глубоко заблуждается. Исследования последнего десятилетия показали, что в недрах океанической коры, которая, как мы помним, состоит из осадочных пород, лежащих на базальтовой платформе, существуют весьма загадочные экосистемы, состоящие из различных микроорганизмов. Еще в 2005 году группа ученых из британского Университета Кардиффа под руководством Джона Паркеса выяснила, что под поверхностью дна морей и океанов существует целая биосфера. Океанологи взяли образцы осадочных пород из разных мест Атлантики, которые располагались на 800 метров ниже океанического дна. Каково же было их удивление, когда в них обнаружились миллионы разнообразных бактерий. Причем создавалось такое ощущение, что время для них остановилось — возраст пород был оценен в 3,8 миллиарда лет, а жившие в каменных лабиринтах микроорганизмы ничем не отличались от тех, которых находили окаменевшими в данных осадках. Новая методика Паркеса позволила эффективно обнаруживать живущие клетки в образцах пород. И оказалось, что около трети бактерий, которые учёные обнаруживали в глубоких донных породах — живы.

Но это еще не все. Исследовав биохимический состав некоторых бактериальных клеток, ученые выяснили, что их возраст тоже не маленький — он исчислялся тысячами лет. И это при том, что аналогичная бактерия, обитающая на морском дне, прожила бы от силы сутки! Получается, что жить под дном океана весьма полезно для здоровья. Еще тогда авторы исследования предположили, что бактериальная биосфера, расположенная под морским дном, очень велика и по численности особей, составляющих, превосходит все подобные биосферы морской воды и суши. Но вскоре биологов ожидал еще один сюрприз. Через два года та же группа Паркеса обнаружила микроорганизмы в породе, расположенной глубоко под дном океана. Эти микроорганизмы обитали в весьма экстремальных условиях — под высоким давлением (несколько тысяч атмосфер) и при температуре, превышающей 100 градусов по Цельсию. То есть, практически в кипятке. Проведя ДНК-анализ, учёные выяснили, что данные бактерии-экстремалы принадлежат к хорошо известным родам Thermococcus и Pyrococcus, представители которых обитают и на поверхности Земли в горячих источниках. Представители первого рода обычно получают энергию, окисляя сероводород, а второго — разлагая метан, образующиеся в земных недрах при высоких температурах. То есть пищи им на глубинах вполне хватало — эти два газа достаточно широко распространены в нижних слоях земной коры.

pyrococcus_furiosusПрокариоты — бактерии и археи (архебактерии), к которым относятся Thermococcus и Pyrococcus— составляют, возможно, половину всей биомассы на планете. Согласно одной из оценок, общая масса углерода, заключенного в клетках прокариот, достигает 550 млрд тонн — примерно столько же, сколько во всех растениях и животных, вместе взятых.

Предполагается, что в полостях и трещинах осадочных и вулканических пород под дном океанов может скрываться до 2/3 всех микробов, обитающих на планете (из оставшейся трети подавляющее большинство обитает под поверхностью суши, в толще континентальной коры — вплоть до глубин 5–7 километров).

thermococcus_chitonophagusПроанализировав результаты своих исследований, Паркес и его коллеги пришли к выводу, что, по всей видимости, бактериальная биосфера может опускаться вниз на пять километров от морского дна. Однако это сразу же наводит на мысль о том, что примерно на такую же глубину могут опускаться и океанические воды, ведь без них бактерии просто не смогут выжить. Получается, что под морским дном существует целый океан, глубина которого может достигать пяти километров. Конечно, этот «подземный» океан вовсе не похож на тот, который описал известный писатель Жюль Верн в романе «Путешествие к центру Земли». Судя по всему, он не является цельным бассейном, заполненным водой, а представляет собой систему узких ходов и резервуаров, заполненных морской водой. Однако ее количество в этом субокеане весьма велико — по расчетам гидрологов, объем воды, текущей под морским дном составляет 110-190 миллионов кубических километров. Это, конечно же, меньше, чем в «наддонной» части Мирового океана (1338 миллионов кубических километров), но все-таки куда больше, чем весь запас пресных вод нашей планеты (100- 150 миллионов кубических километров). Сейчас ученые пытаются разработать методики изучения этого таинственного океана, находящегося под морским дном и его обитателей. Как показывает опыт, обычное бурение здесь мало чего даст, поскольку в скважину, как бы не пытались ее герметизировать, все равно просачивается вода, находящаяся выше морского дна, которая убивает микроорганизмы (ее химический состав несколько отличается от подземной) и затрудняет точный химический анализ. Куда лучшие результаты дало применение технологии CORK (комплект модернизированного оборудования, предупреждающего циркуляцию), которые позволяют уплотнить подповерхностную скважину и спокойно наблюдать за природным гидрогеологическим состоянием и микробной экосистемой внутри земной коры. Эти устройства представляют собой не что иное, как мини лабораторию, оснащенную всеми возможными датчиками. Данная лаборатория загружается в скважину так, как пробка загоняется в бутылку. дно океанаВ результате проникновения жидкости внутрь пробуренного отверстия, так и вытекание из него не происходит. Ученые из международной группы как раз и использовали станции CORK. Поэтому, во время их работы ни миллилитра воды океана не попало в отверстие скважины и вымывание природной системы, а также изменения среды обитания бактерий удалось избежать. В результате естественные лаборатории, подобные той, что использовалась в экспериментах, позволили ученым исследовать гидрогеологию, геохимию и микробиологию океанической коры. Первые результаты говорят о том, что океан, расположенный под морским дном, населен бактериями, которые используют в качестве источников энергии несколько десятков неорганических соединений, таких как метан, сероводород, SO2, и тому подобное. А вот фотосинтезирующих микроорганизмов среди них, похоже, совсем нет. Что и неудивительно — где же им добыть достаточное количество света на такой большой глубине. В связи с этим предложения некоторых ученых, например, Гари Шафера из Копенгагенского университета, о том, чтобы, в качестве меры борьбы с глобальным потеплением, закачивать «избыточный» углекислый газ под дно океана, придется существенно пересмотреть. Ведь если среди жителей подземного океана нет фотосинтетиков, значит это вещество там никто не сможет утилизировать (СО2 нужен лишь фотосинтезирующим организмам, для других он или бесполезен, или даже опасен). Если же огромное количество углекислоты растворится в водах подземного океана, то, не исключено, что произойдет их закисление, что может вызвать гибель всей уникальной бактериальной биосферы. А это, в свою очередь, может отозваться как на обитателях Мирового океана, так и суши — предполагается, что именно данные отважные крошки утилизируют большую часть метана и сероводорода, которые рвутся из недр Земли на ее поверхность. Если они погибнут, то некому будет спасти обитателей поверхности от этих весьма ядовитых газов. Авторы исследования полагают, что эта бактериальная биосфера, расположенная под морским дном, очень велика и по численности превосходит все бактерии, живущие на суше. Поэтому она оказывает заметное влияние на геологические процессы, на баланс диоксида углерода и так далее. Кроме того, возможно, как предполагают исследователи, без таких подземных бактерий у нас не было бы нефти и газа.

донный грунтНедавно группа ученых из Франции и Великобритании сообщила о результатах микробиологического анализа девяти проб, полученных из гораздо более глубокой скважины. Бурение производилось у берегов Ньюфаундленда. Глубина океана в точке бурения составляет 4560 метров. Интерес к этому району Атлантики связан с тем, что это один из самых древних участков океанского дна, который образовался на ранних этапах формирования Северной Атлантики.

Пробы были взяты на глубинах от 860 до 1626 метров под уровнем морского дна. Пробуренная толща состоит из донных отложений, формировавшихся на протяжении более 100 миллионов лет (возраст осадочных пород в самой нижней пробе составляет 111 миллионов лет, в самой верхней — 46 миллионов лет). На глубине около 1610 метров имеется прослой твердых вулканических пород десятиметровой толщины, представляющий собой труднопреодолимое препятствие для жидкостей и газов. Самая нижняя из девяти проб была взята непосредственно под вулканическим прослоем. В этой пробе обнаружилась резко повышенная концентрация метана и высокомолекулярных углеводородов, которые образуются в недрах земли при высоких температурах. Вулканический прослой, очевидно, не позволяет этим веществам просачиваться наверх и способствует их накоплению.

Температура на разных глубинах не могла быть измерена непосредственно и потому вычислялась на основе косвенных признаков со значительной погрешностью. Для самой глубокой пробы (1626 метров) была определена температура 60–100 градусов.

исследования отложений на дне океанаВо всех девяти пробах обнаружилось большое количество живых микробов (разумеется, были приняты все возможные меры, чтобы избежать загрязнений). Присутствие живых микроорганизмов было подтверждено несколькими независимыми методами. Во-первых, их просто наблюдали под микроскопом, причем многие клетки были застигнуты в момент деления. Во-вторых, пробы окрашивали особым красителем, который заставляет живые клетки прокариот светиться зеленым светом, а мертвые — красным. В-третьих, из каждой пробы выделялась ДНК, подвергавшаяся затем детальному анализу.

Количество микробов в пробах колебалось вокруг среднего значения 1,5 миллионов клеток на кубический сантиметр — это типичная плотность микроорганизмов для глубоких слоев морских осадков. Примерно 60% клеток после окраски засветились зеленым, то есть были живыми. Больше всего делящихся клеток обнаружилось в самой нижней пробе, где была максимальная концентрация углеводородов, а также максимальная температура.

Анализ ДНК позволил приблизительно оценить таксономическое разнообразие обитателей земных недр. Ученые сосредоточились на археях, поскольку именно эта группа прокариот обычно преобладает в глубине морских отложений и в гидротермальных источниках. Удалось идентифицировать около полутора десятков разновидностей архей. В самой нижней пробе преобладают археи, относящиеся к хорошо изученным родам Pyrococcus и Thermococcus. Эти микробы могут расти при экстремально высоких температурах (до 100–103 градусов). Они являются гетеротрофами, то есть питаются готовыми органическими соединениями. Не исключено, что в недрах земли им могут служить пищей высокомолекулярные углеводороды, образующиеся абиогенным путем — без участия живых существ. В остальных пробах отмечено большое количество архей, осуществляющих бескислородное окисление метана.

глубоководные исследованияСамо собой разумеется, что все обнаруженные микробы являются анаэробными (не нуждаются в кислороде). Судя по всему, они живут в полной изоляции от «поверхностной» биосферы, не зависят от солнечного света и получают всё необходимое исключительно из недр земли. Но в целом экологический и таксономический «портрет» микробного сообщества пока удалось прорисовать лишь в самых общих чертах. Вполне возможно, что там есть и другие разновидности прокариот, которые еще только предстоит обнаружить и изучить.

В последние годы всё больше входит в моду гипотеза о том, что жизнь впервые зародилась именно в таких условиях: в трещинах и полостях перегретых горных пород, глубоко в недрах земли. Поэтому изучение подобных экзотических микробных сообществ, возможно, со временем приблизит нас к разгадке тайны происхождения жизни.

Сейчас же ученые хотят еще более подробно изучить океан, существующий под морским дном. И хотя по предварительным данным, на то, что бы составить о нем хотя бы поверхностное впечатление, потребуется несколько десятков лет как минимум. Однако исследователи не унывают — ведь теперь у них на вооружении есть замечательные естественные лаборатории. Правда, пока они помогут разгадать все секреты поверхностного слоя этого подземного резервуара морской воды. Однако, не исключено, что в ближайшем времени появятся автоматические станции, способные работать и на больших глубинах…

Источники:

http://www.diablozone.net

http://slovari.yandex.ru

http://news.pravda.ru

http://svitmam.ua

Рейтинг@Mail.ru