Почва скалистого хребта в центральной Антарктиде никогда не содержала микроорганизмов.
Впервые ученые обнаружили, что в почве на поверхности Земли, по-видимому, нет жизни. Почва поступает с двух продуваемых ветром скалистых хребтов в глубине Антарктиды, в 300 милях от Южного полюса, где тысячи футов льда проникают в горы.
«Люди всегда думали, что микробы выносливы и могут жить где угодно», — говорит Ноа Файрер, микробный эколог из Университета Колорадо в Боулдере, чья команда изучает почву. В конце концов, одноклеточные организмы были обнаружены живущими в гидротермальных источниках с температурой, превышающей 200 градусов по Фаренгейту, в озерах под полумилей 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 нашли никаких признаков жизни в собранной ими антарктической почве.
Файрер и Драгон изучали почвы из 11 различных горных хребтов, представляющих широкий спектр условий. Те, что происходят из более низких и менее холодных горных районов, содержат бактерии и грибки. Но в некоторых горах двух самых высоких, самых сухих и самых холодных горных хребтов нет никаких признаков жизни.
«Мы не можем сказать, что они стерильны», — сказал Феррер. Микробиологи привыкли находить миллионы клеток в чайной ложке почвы. Поэтому очень небольшое количество (например, 100 жизнеспособных клеток) может избежать обнаружения. «Но, насколько нам известно, они не содержат никаких микроорганизмов».
Независимо от того, действительно ли почва лишена жизни или позже будет обнаружено, что в ней есть некоторые выжившие клетки, новые результаты, недавно опубликованные в журнале JGR Biogeosciences, могут помочь в поиске жизни на Марсе. Антарктическая почва постоянно заморожена, полна токсичных солей и не имела большого количества жидкой воды в течение двух миллионов лет — подобно марсианской почве.
Они были собраны во время финансируемой Национальным научным фондом экспедиции в январе 2018 года в отдаленные районы Трансантарктических гор. Они проходят через внутреннюю часть континента, отделяя высокое полярное плато на востоке от низколежащих льдов на западе. Ученые разбили лагерь на леднике Шеклтона, 60-мильном конвейере льда, который стекает по расщелине в горах. Они использовали вертолеты, чтобы летать на большие высоты и собирать образцы вверх и вниз по леднику.
В теплых, влажных горах у подножия ледника, всего в нескольких сотнях футов над уровнем моря, они обнаружили, что почва населена животными, которые меньше семени кунжута: микроскопическими червями, восьминогими тихоходками, коловратками и крошечными червями, называемыми ногохвостками. Крылатыми насекомыми. Эти голые, песчаные почвы содержат менее одной тысячной количества бактерий, обнаруженных в ухоженном газоне, достаточно, чтобы обеспечить пищей мелких травоядных, скрывающихся под поверхностью.
Но эти признаки жизни постепенно исчезали, когда команда посещала более высокие горы в глубине ледника. На вершине ледника они посетили две горы — гору Шредер и гору Робертс, высота которых превышает 7000 футов.
Посещения горы Шредер были жестокими, вспоминает Байрон Адамс, биолог из Университета имени Бригама Янга в Прово, штат Юта, который руководил проектом. Температура в этот летний день близка к 0°F. Завывающий ветер медленно испарял лед и снег, оставляя горы голыми, что создавало постоянную угрозу для поднятия и бросания садовых лопат, которые они принесли, чтобы выкопать песок. Земля покрыта красноватыми вулканическими породами, которые за сотни миллионов лет были выветрены ветром и дождем, оставив их изрытыми и отполированными.
Когда ученые подняли камень, они 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 для смывания соль накапливается на этих сухих антарктических горах.
«Это как отбор проб на Марсе», — сказал Адамс. Когда вы втыкаете лопату, «вы знаете, что вы первое, что потревожит почву за всю историю — может быть, за миллионы лет».
Исследователи предположили, что даже на таких больших высотах и ​​в самых суровых условиях они все равно найдут живые микроорганизмы в почве. Но эти ожидания начали угасать в конце 2018 года, когда Dragon использовала метод, называемый полимеразной цепной реакцией (ПЦР), для обнаружения микробной ДНК в почве. Dragon проверила 204 образца с гор выше и ниже ледника. Образцы с более низких, более прохладных гор дали большое количество ДНК; но большинство образцов (20%) с больших высот, включая большинство с горы Шредер и массива Робертс, не были проверены на какие-либо результаты, что указывает на то, что они содержали очень мало микроорганизмов или, возможно, вообще не содержали их.
«Когда он впервые начал показывать мне результаты, я подумал: «Что-то не так», — сказал Феррелл. Он подумал, что что-то не так с образцом или лабораторным оборудованием.
Затем Драгон провел ряд дополнительных экспериментов для поиска признаков жизни. Он обработал почву глюкозой, чтобы увидеть, преобразуют ли определенные организмы в почве ее в углекислый газ. Он пытался обнаружить химическое вещество под названием АТФ, которое используется всей жизнью на Земле для хранения энергии. В течение нескольких месяцев он выращивал куски почвы в различных питательных смесях, пытаясь убедить существующие микроорганизмы вырасти в колонии.
«Ник бросил кухонную раковину в эти образцы», — сказал Феррелл. Несмотря на все эти тесты, он все еще ничего не нашел в некоторых почвах. «Это действительно удивительно».
Жаклин Гурдиал, микробиолог-эколог из Университета Гвельфа в Канаде, называет результаты «заманчивыми», особенно усилия Dragon по определению факторов, влияющих на вероятность обнаружения микроорганизмов в определенном месте. Он обнаружил, что большая высота и высокая концентрация хлората являются самыми сильными предикторами неудачи в обнаружении жизни. «Это очень интересное открытие», — сказал Гудьир. «Это многое говорит нам о пределах 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 похожей среды в Трансантарктических горах, месте в 500 милях к северо-западу от ледника Шеклтона, называемом Университетской долиной, где, возможно, не было значительной влажности или температур таяния в течение 120 000 лет. Когда она инкубировала ее в течение 20 месяцев при 23°F, типичной летней температуре в долине, почва не показала никаких признаков жизни. Но когда она нагрела образцы почвы на несколько градусов выше нуля, в некоторых из них обнаружился рост бактерий.
Например, ученые обнаружили, что бактериальные клетки остаются живыми даже после тысяч лет пребывания в ледниках. Когда они попадают в ловушку, метаболизм клетки может замедлиться в миллион раз. Они переходят в состояние, в котором больше не растут, а только восстанавливают повреждения ДНК, вызванные проникновением космических лучей в лед. Гудиер предполагает, что эти «медленно выживающие» могут быть теми, кого она нашла в Колледж-Вэлли — она подозревает, что если бы Драгон и Файрер проанализировали в 10 раз больше почвы, они могли бы найти их в массиве Робертс или горе Шредер.
Брент Кристнер, изучающий антарктических микробов в Университете Флориды в Гейнсвилле, считает, что эти высокогорные сухие почвы могут помочь улучшить поиск жизни на Марсе.
Он отметил, что космические аппараты Viking 1 и Viking 2, приземлившиеся на Марсе в 1976 году, провели эксперименты по обнаружению жизни, основанные частично на исследованиях низменных почв у побережья Антарктиды, региона, называемого Сухими долинами. Некоторые из этих почв становятся влажными от талой воды летом. Они содержат не только микроорганизмы, но в некоторых местах также крошечных червей и других животных.
Напротив, более высокие и сухие почвы гор Робертс и Шредер могут стать лучшими полигонами для испытаний марсианских приборов.
«Поверхность Марса очень плохая», — сказал Кристнер. «Ни один организм на Земле не может выжить на поверхности» — по крайней мере, на верхнем дюйме или двух. Любой космический корабль, отправляющийся туда в поисках жизни, должен быть готов работать в некоторых из самых суровых мест на Земле.
Авторские права © 1996–2015 National Geographic Society. Авторские права © National Geographic Partners, LLC, 2015-2023. Все права защищены.