Подземные микробы мигрируют на тысячи километров

Выяснилось, что микроорганизмы из глубоких подземных слоёв в Южной Африке, Европе и Северной Америке генетически поразительно сходны. И это не очень понятно: перед нами не мигрирующие птицы; как бактерии совершают межконтинентальные путешествия — полная загадка...

Оливин при высокой температуре реагирует с водой, связывая её кислород и высвобождая таким образом водород. Этот процесс исследуется довольно давно: учёные мечтают оптимизировать получение водорода в энергетических целях, тем более что оливин — один из самых распространённых минералов на Земле.

Да и традиционные методы, используемые сегодня для получения водорода, этого требуют, ибо они ужасны: самый дешёвый подразумевает применение метана (ценного топлива!) с соответствующими выбросами углекислого газа. Получаемый в итоге водород, по сути, является «испорченным» природным газом, поскольку даёт столько же энергии, но дополнительно требует ещё и её затрат на разложение метана. Все остальные технологии намного дороже, и именно поэтому наука упорно ищет альтернативы существующим процессам.


Мюриэл Андреани (Muriel Andreani), Исабель Даниэль (Isabelle Daniel) и Мари Полле-Виллар (Marion Pollet-Villard) из Университета Лион-1 (Франция) наряду с оливином попробовали применить для интенсификации этого процесса оксид алюминия. Их опыты в ячейке с алмазными наковальнями позволили ускорить превращение оливина в серпентин в 7–50 раз, причём при сравнительно мягких условиях. Оксид алюминия, вода и оливин при температуре от 200 до 300 °С и давлении в 2 000 атмосфер высвободили из воды почти весь водород за 24 часа. Аналогичный процесс без оксида алюминия протекал от недель до месяцев, что означает сильнейшее каталитическое воздействие последнего на разложение воды в подобных условиях.

Названные температуры могут показаться высокими, между тем сегодня при нагреве воды водород получают лишь с 850 °С. В то же время 200–300 °С можно иметь даже от низкопотенциального тепла ТЭС и АЭС (нынче попросту пропадающего). Наконец, авторы уверены, что находятся лишь в самом начале процесса оптимизации своего метода и в будущем смогут добиться разложения воды по аналогичному механизму при существенно более мягких условиях.


Весьма интересен и, казалось бы, не слишком прикладной аспект работы: дело в том, что такие условия (тысячи атмосфер, несколько сот градусов) характерны для земной коры. А значит, в местах, где есть оксид алюминия (алюминий, напомним, пятый по распространённости элемент на планете), серпентинизация оливина и выделение свободного водорода идут довольно интенсивно — особенно там, где много воды: скажем, в тех же «чёрных курильщиках». Конечно, процессы там протекают не так быстро, как в эксперименте французских учёных, использовавших такое количество оксида алюминия, которое в природе вряд ли может присутствовать в нужной пропорции к оливину. Зато у природы есть миллионы лет, то есть количество образованного таким методом водорода должно быть очень внушительным.

Как отмечают исследователи, это может решить давно дебатирующийся вопрос о том, откуда берётся хемотрофная биота в разных районах Земли. Точнее — чем она кормится. «Впервые мы смогли понять, почему и как водород [в коре] образуется так быстро. Когда вы принимаете во внимание алюминий, то можете объяснить и количество живых организмов, использующих этот водород [на глубине]», — подчёркивает Исабель Даниэль. Более того, именно водород такого происхождения мог стать первичным источником питания для первых форм земной жизни — благо был широкодоступным по всей планете. И не только земной. «Мы думаем, что серпентинизация может идти полным ходом на многих планетных телах — особенно на Марсе, — добавляет исследовательница. — Процесс этот может занимать день или миллион лет, но он справедлив всегда и везде, где есть некоторое количество воды и оливин, один из самых распространённых минералов в Солнечной системе».


Эти выводы о единообразии источников водорода, пригодного для поддержания микробной жизни, неплохо согласуются с недавними результатами группы Мэтта Шренка (Matt Schrenk) из Университета штата Мичиган (США). Пару лет назад стало ясно, что микробы из сухопутных подземных разломов, шахт и пещер на глубинах до пяти километров имеют очень сходные генотипы вне зависимости от континента, где брались образцы. «Два года назад у нас почти не было идей о том, что за микробы живут в подземных скальных породах и что они там едят, — рассказывает г-н Шренк. — Между тем есть некое соответствие между подземными биотами: мы видим одни и те же типы организмов по всему миру, повсеместно. Легко понять, как птицы или рыбы могут быть одинаковыми в разных местах/океанах, но воображению трудно справиться с той же проблемой для почти идентичных микробов, находящихся в 16 тыс. км друг от друга в трещинах скальной породы на огромных глубинах, при высоких давлениях и температуре».

Сегодня, по мере накопления данных о возможной однотипности процессов, порождающих водород по всей планете, загадка до некоторой степени смягчается: одинаковые условия и одинаковая кормовая база могут способствовать однородному видовому составу даже на очень больших расстояниях. Да и сам факт попадания воды (известной своей способностью переносить живые организмы) в глубины планеты может означать наличие чего-то вроде подземной сети микробной жизни.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале American Mineralogist.

Подготовлено по материалам Проекта наблюдения за глубоким углеродным циклом.