Почва скалистого хребта в центральной Антарктиде никогда не содержала микроорганизмов.
Впервые учёные обнаружили, что в почве на поверхности Земли, по-видимому, нет жизни. Почва берёт начало с двух продуваемых всеми ветрами скалистых хребтов в глубине Антарктиды, в 480 километрах от Южного полюса, где горы пронизываются тысячами футов льда.
«Люди всегда считали, что микробы выносливы и могут жить где угодно», — говорит Ноа Фирер, микробный эколог из Университета Колорадо в Боулдере, чья команда изучает почву. Ведь одноклеточные организмы были обнаружены в гидротермальных источниках с температурой свыше 200 градусов по Фаренгейту, в озёрах под полукилометровым слоем льда в Антарктиде и даже на высоте 120 000 футов над стратосферой Земли. Но после года работы Феррер и его аспирант Николас Драгон до сих пор не обнаружили никаких признаков жизни в собранной ими антарктической почве.
Фиррер и Драгон изучили почвы 11 различных горных хребтов, представляющих широкий спектр условий. Почвы с более низких и менее холодных горных районов содержат бактерии и грибки. Однако в некоторых горах двух самых высоких, самых сухих и самых холодных горных хребтов признаки жизни отсутствуют.
«Мы не можем сказать, что они стерильны», — сказал Феррер. Микробиологи привыкли находить миллионы клеток в чайной ложке почвы. Поэтому очень небольшое их количество (например, 100 жизнеспособных клеток) может остаться незамеченным. «Но, насколько нам известно, они не содержат никаких микроорганизмов».
Независимо от того, действительно ли часть почвы лишена жизни или позже в ней будут обнаружены сохранившиеся клетки, новые данные, недавно опубликованные в журнале JGR Biogeosciences, могут помочь в поисках жизни на Марсе. Антарктическая почва постоянно промерзает, содержит токсичные соли и уже два миллиона лет практически не имеет жидкой воды, как и марсианская почва.
Они были собраны в январе 2018 года во время экспедиции, финансируемой Национальным научным фондом, в отдалённые районы Трансантарктических гор. Они проходят через внутреннюю часть континента, отделяя высокое полярное плато на востоке от низколежащих ледников на западе. Учёные разбили лагерь на леднике Шеклтона – 60-мильном конвейере льда, стекающем по расщелине в горах. Они использовали вертолёты для полётов на большие высоты и сбора образцов по всему леднику.
В тёплых, влажных горах у подножия ледника, всего в нескольких сотнях футов над уровнем моря, они обнаружили, что почва населена животными размером меньше кунжутного семечка: микроскопическими червями, восьминогими тихоходками, коловратками и крошечными червями, называемыми ногохвостками. Крылатые насекомые. Эти голые песчаные почвы содержат менее одной тысячной количества бактерий, которые можно найти на ухоженном газоне, чего вполне достаточно, чтобы обеспечить пищей мелких травоядных, скрывающихся под поверхностью.
Но эти признаки жизни постепенно исчезали по мере того, как команда поднималась всё выше и глубже в ледник. На вершине ледника они посетили две горы — гору Шредер и гору Робертс — высотой более 2100 метров.
Посещения горы Шредер были суровыми, вспоминает Байрон Адамс, биолог из Университета имени Бригама Янга в Прово, штат Юта, возглавлявший проект. Температура в тот летний день была близка к 0°F. Завывающий ветер медленно испарял лёд и снег, оставляя горы голыми, постоянно создавая угрозу для садовых лопат, которые они принесли, чтобы выкапывать песок. Земля покрыта красноватыми вулканическими породами, которые за сотни миллионов лет подверглись эрозии под воздействием ветра и дождя, оставив их изрытыми и отполированными.
Подняв камень, учёные обнаружили, что его основание покрыто коркой из белых солей — токсичных кристаллов перхлората, хлората и нитрата. Перхлораты и хлораты, едко-реактивные соли, используемые в ракетном топливе и промышленных отбеливателях, также в изобилии встречаются на поверхности Марса. Из-за отсутствия воды, которую можно было бы смыть, соль накапливается на этих сухих антарктических горах.
«Это как отбор проб на Марсе», — сказал Адамс. «Когда ты втыкаешь лопату, ты понимаешь, что ты — первое, что потревожит почву за всю историю — возможно, за миллионы лет».
Исследователи предположили, что даже на такой большой высоте и в самых суровых условиях они всё равно обнаружат живые микроорганизмы в почве. Однако эти ожидания начали рушиться в конце 2018 года, когда компания Dragon использовала метод полимеразной цепной реакции (ПЦР) для обнаружения микробной ДНК в почве. Dragon протестировала 204 образца с гор, расположенных выше и ниже ледника. Образцы с более низких, более холодных гор дали большое количество ДНК; однако большинство образцов (20%) с больших высот, включая большую часть с горы Шредер и массива Робертс, не были исследованы, что свидетельствует об очень низком содержании микроорганизмов или, возможно, их полном отсутствии.
«Когда он впервые начал показывать мне результаты, я подумал: „Что-то не так“», — сказал Феррелл. Он подумал, что проблема в образце или лабораторном оборудовании.
Затем Драгон провёл серию дополнительных экспериментов в поисках признаков жизни. Он обработал почву глюкозой, чтобы проверить, преобразуют ли определённые почвенные организмы её в углекислый газ. Он пытался обнаружить вещество под названием АТФ, которое используется всем живым на Земле для хранения энергии. В течение нескольких месяцев он культивировал кусочки почвы в различных питательных смесях, пытаясь убедить существующие микроорганизмы образовать колонии.
«Ник бросил кухонную раковину в эти образцы», — сказал Феррелл. Несмотря на все эти тесты, он так и не нашёл ничего в некоторых образцах почвы. «Это просто поразительно».
Жаклин Гурдиал, микробиолог-эколог из Университета Гвельфа в Канаде, называет результаты «заманчивыми», особенно усилия Dragon по определению факторов, влияющих на вероятность обнаружения микроорганизмов в данном месте. Он обнаружил, что большая высота над уровнем моря и высокая концентрация хлората являются наиболее сильными предикторами неудачного обнаружения жизни. «Это очень интересное открытие», — сказал Гудьир. «Это многое говорит нам о пределах возможностей жизни на Земле».
Она не совсем уверена, что их почва на самом деле безжизненна, отчасти из-за собственного опыта в другой части Антарктиды.
Несколько лет назад она изучала почвы из схожего района Трансантарктических гор, расположенного в 800 километрах к северо-западу от ледника Шеклтона, известного как Университетская долина, где, возможно, не было достаточной влажности и температуры таяния на протяжении 120 000 лет. Когда она инкубировала почву в течение 20 месяцев при температуре -23°F, типичной летней температуре в долине, она не проявила никаких признаков жизни. Но когда она нагрела образцы почвы до нескольких градусов выше нуля, в некоторых из них обнаружился рост бактерий.
Например, учёные обнаружили, что бактериальные клетки сохраняют свою жизнеспособность даже после тысяч лет пребывания в ледниках. Попав в ловушку, они замедляют метаболизм в миллион раз. Они переходят в состояние, в котором перестают расти, а лишь восстанавливают повреждения ДНК, вызванные проникновением космических лучей в лёд. Гудиер предполагает, что эти «медленно выживающие» могут быть теми, кого она нашла в Колледж-Вэлли. Она подозревает, что если бы Драгон и Фирер проанализировали в 10 раз больше почвы, они могли бы найти их в массиве Робертс или на горе Шрёдер.
Брент Кристнер, изучающий антарктических микробов в Университете Флориды в Гейнсвилле, считает, что эти высокогорные сухие почвы могут помочь улучшить поиски жизни на Марсе.
Он отметил, что космические аппараты «Викинг-1» и «Викинг-2», совершившие посадку на Марс в 1976 году, проводили эксперименты по обнаружению жизни, основанные частично на исследованиях низинных почв у побережья Антарктиды, в регионе, называемом Сухие долины. Некоторые из этих почв летом становятся влажными от талых вод. В них обитают не только микроорганизмы, но в некоторых местах также мелкие черви и другие животные.
Напротив, более высокие, сухие почвы горы Робертс и горы Шредер могут стать лучшими полигонами для испытаний марсианских приборов.
«Поверхность Марса очень плохая», — сказал Кристнер. «Ни один организм на Земле не способен выжить на её поверхности» — по крайней мере, на её верхнем слое толщиной в один-два дюйма. Любой космический аппарат, отправляющийся туда в поисках жизни, должен быть готов к работе в самых суровых местах на Земле.
Авторские права © Национальное географическое общество, 1996–2015. Авторские права © National Geographic Partners, LLC, 2015–2023. Все права защищены.