1. Гипотеза «Земля-снежок»
В некоторые периоды истории Земли ледники покрывали гораздо большие территории, чем сейчас. Когда ледники полярных областей доходят до широты примерно 30°, их отражающая способность становится настолько большой, что они начинают отражать очень много солнечной энергии в космос, и Земля понемногу охлаждается. В итоге ледник расширяется и теоретически может покрыть полностью всю поверхность Земли, существует даже теория «Земля-снежок» (snowball Earth). Согласно этой теории Земля периодически проходила стадии таких оледенений. Полных доказательств этой теории нет, но тем не менее есть достаточно авторитетные и надежные палеонтологические данные, показывающие, что в какие-то моменты ледники добирались до 5-10° широты. Экватор — это нулевой градус. 5-10° — это широта Бразилии, Кении, Индонезии, Таиланда. Вы можете оценить, насколько сильно может изменяться климат Земли.
Если ледник был очень большим, то где могла сохраниться жизнь? Скорее всего, были отдельные места, где жизнь могла переживать суровые условия и распространяться по поверхности Земли снова. Исследуя Антарктиду, мы можем понять, какие это могут быть места. Ледниковых эпох в истории Земли было достаточно много и в Архее, и в Протерозое. Причем чем ближе к нашему времени, тем больше становится ледниковых эпох. Это показывает, что на самом деле Земля потихоньку остывает. Есть очень серьезное мнение, что мы движемся не в сторону глобального потепления, а глобального похолодания.
2. Исследования озера Восток
Сейчас самые интересные события в изучении микробов в Антарктиде — это исследования подледного озера Восток. Оно находится подо льдом на глубине около 3,5 км. Его изучение потребовало гигантской работы по бурению льда в тяжелейших условиях, -80 °С зимой, а летом примерно -40 °С. Это настоящий триумф советской науки, которого мы наконец сейчас дождались.
Озеро было открыто Андреем Капицей, знаменитейшим географом, который на кончике пера предположил, что под ледником должны быть условия, где лед тает и может существовать жидкая вода, а затем, с помощью сейсмо- и радиоразведки, обнаружил огромное озеро подо льдом. Когда в СССР решили бурить лед над озером, то было получено огромное количество информации об изменении климатических условий на Земле за последние несколько сотен тысяч лет.
3. Живые микроорганизмы в кернах льда
Другое важное открытие было сделано сотрудником Института микробиологии РАН Сабитом Абызовым. Он обнаружил живые микроорганизмы возрастом несколько тысяч лет в кернах льда. Абызов совершил экспедиции на станцию «Восток», стерильным образом отобрал из полученного керна кусочки льда, растопил их и посеял на различные питательные среды. Он показал, что, несмотря на то что микроорганизмы были заморожены в течение долгих лет, они могут оживать.
В 2012 году наши полярники смогли добраться до озера на глубине больше 3700 метров и получить оттуда образцы. Сергей Булат из Петербургского института ядерной физики начал их исследование с помощью молекулярно-биологических методов. Надеюсь, что нашим ученым, в том числе и из Института микробиологии РАН, удастся выделить живые микроорганизмы из озера и изучить, как они смогли провести подо льдом огромное количество времени.
Необходимо отметить, что когда зарубежные ученые поняли, что СССР и Россия все-таки достигнут озера Восток, то они резко активизировали свои программы в Антарктике. Идут исследования множества озер в различных местах. Однако с 60-х годов лидерство остается за отечественными исследователями.
4. Микробы в камнях Антарктиды
На большей части территории Антарктики температура воздуха всегда отрицательная. Тогда как есть правило, что активная жизнь должна существовать там, где существует вода в жидком виде. Каким образом решается парадокс низкой температуры и существования воды в жидком виде? Один из способов — это существование микрониш с положительной температурой. Я работал в горах восточной Антарктиды на высоте около 1,5 км. Условия были достаточно суровые для существования микроорганизмов. Температура воздуха на высоте 1,5 метра была около -15 °С, но камни нагревались на свету до положительных температур. Иногда их температура доходила до +30 °С. Конечно же, для микроорганизмов гораздо важнее именно эта температура, в месте их обитания. Там развивается очень интересная жизнь, которая прячется в песке, в трещинках камней.
Если ударить геологическим молотком по большому гранитному валуну, в отколовшихся кусочках гранита можно обнаружить зеленую прослойку: на глубине около 1 см в камне находятся цианобактерии или микроводоросли. Почему они способны там жить? В граните много зерен прозрачного кварца, в итоге в камень проникает достаточно света, чтобы мог происходить фотосинтез. Кроме того, в трещинах камней скапливается вода, и микроорганизмы не страдают от высушивания. Ведь на большей части территории Антарктиды не только очень холодно, но и очень сухо. Это пустыня, с очень маленьким количеством осадков.
5. Криокониты
Еще один очень интересный объект — это криокониты, «ледяные стаканы». Если идти по поверхности льда, то в некоторых местах можно увидеть темно-серые круги. В этих местах подо льдом существует карманчики с камнем и жидкой водой. Как он образуется? Когда камень или песок попадает на поверхность льда, то он нагревается солнцем, потихоньку начинает проплавлять лед и погружаться внутрь него. Вода над камнем замерзает, но рядом с камнем она все еще остается жидкой, так как свет проходит через лед и продолжает нагревать камень. В итоге вокруг камня находится жидкая вода, и микробы могут благополучно существовать. Температура воды в таких криоконитах обычно составляет +0.1 °С, чуть-чуть выше точки замерзания воды.
Серые круги на льду — криокониты. Недалеко от станции «Принцесса Елизавета» в Восточной Антарктиде.
6. Условия существования жизни
Микробы научились приспосабливаться и выживать в самых тяжелых условиях. Например, если клетка замерзает и внутри нее образуется кристалл льда, то он просто разрывает ее изнутри. Но микробы Антарктиды научились контролировать образование кристаллов, и в итоге образуются миникристаллы, которые клетку не рвут. Интересно то, что эти очень суровые условия по расчетам могут быть чем-то похожи на условия на спутнике Юпитера Европа, где, возможно, есть большой океан подо льдом. Если мы поймем, в каких условиях жизнь может существовать у нас на Земле, то мы можем понять, что и где именно нам нужно искать в космосе, в том числе на Марсе, Европе, Энцеладе.
Антарктика — это очень красивый и суровый континент, чье изучение крайне важно. Возможно, это один из последних неизученных рубежей человечества на Земле. Как сказали про открытие озера Восток Капицей: «Это последнее великое географическое открытие на Земле».
