Те, кто выживет, когда все умрут

Все мы начиная с 24 февраля 2022 года оказались перед лицом наступающего варварства, насилия и лжи. В этой ситуации чрезвычайно важно сохранить хотя бы остатки культуры и поддержать ценности гуманизма — в том числе ради будущего России. Поэтому редакция «Горького» продолжит говорить о книгах, напоминая нашим читателям, что в мире остается место мысли и вымыслу.

Карен Ллойд. Обитатели земных глубин. О самых странных существах на планете. М.: Издательство «АСТ», 2026. Перевод с английского Т. Мосоловой. Содержание

Биогеохимик и микробиолог Карен Ллойд в книге «Обитатели земных глубин» описывает свои научные путешествия в подземный мир, кишащий неизведанными микроорганизмами. По мнению Ллойд, путешествия и связанные с ними открытия интересны не только сами по себе, но также позволяют фундаментально пересмотреть наше понимание жизни на Земле. Решает она эту амбициозную задачу, обращаясь к новейшим данным о глубинной биосфере и к собственному опыту исследований в самых недоступных местах планеты.

Микроскопические герои ее книги уже обзавелись собственным именем — intra-terrestrials («внутриземные»; благозвучное латинское название придумал биогеохимик Карстен Педерсен). Это одноклеточные организмы (бактерии и археи), населяющие земную кору на глубине нескольких километров под океанским дном и под сушей. Они живут в условиях, где нет солнечного света и кислорода, дышат минералами, получают энергию из химических реакций и могут существовать тысячи, если не миллионы лет.

Согласно Ллойд, на Земле вообще нет такого места, где мы бы могли остаться в полном одиночестве. Даже на глубине почти трех километров в золотодобывающей шахте Южной Африки обнаружен микроорганизм Desulforudis audaxviator («отважный путешественник»), который существует исключительно за счет химических веществ, образующихся под действием естественной радиации. 

Кроме Южной Африки, Ллойд в поисках intra-terrestrials приходится много колесить по всему земному шару, посещая самые отдаленные и недоступные места: это и устье реки Уайт‑Оук, где Ллойд чуть не замерзла до смерти, и палуба японского судна «Тикю», занимающегося бурением морского дна, и пустынное горное плато в Аргентине (высота более 4000 м), и арктическая тундра Шпицбергена, и кратер действующего вулкана в Коста‑Рике, и многое другое. И поскольку Ллойд любит чередовать научные данные с мемуарами, в ее книге описания анализа цепочек ДНК часто сменяются описанием трудностей пребывания на высокогорье, таких как гипоксия, опухание пальцев, тошнота, «отупение» и потеря координации, а также другими подробностями научной работы в экстремальных условиях. 

Обитатели земных глубин делятся на два вида. Первые, хемолитоавтотрофы, полностью независимы от поверхности Земли. Они живут благодаря хемосинтезу, процессу, аналогичному фотосинтезу, как видно из названия, но энергия поступает им не от солнечного света, а от химических реакций между водой и минералами в условиях повышенного давления и температуры. Типичный хемолитоавтотроф — уже упомянутый Desulforudis audaxviator («отважный путешественник»), живущий на глубине трех километров в Южной Африке и существующий исключительно за счет радиации, расщепляющей воду. Хемолитоавтотрофы — это «отпетые лентяи», ведь воздействие природной радиации настолько слабое, что пища для них образуется очень медленно, но это идеально подходит для обитателей земных глубин. 

Впрочем, у такой формы существования есть и свои плюсы. Хемолитоавтотрофы могут обходиться без солнца, поэтому они наиболее вероятные наследники планеты после гибели всей остальной живности на ней. Ллойд приводит леденящий душу таймлайн, иллюстрирующий то, что ждет обитателей Земли, перестань солнце светить: первыми погибнут все фотосинтезирующие организмы, такие как растения и водоросли; другие формы жизни, в том числе люди, продержатся еще несколько лет, поедая остатки растений; тараканы проживут еще лет сто; грибы и бактерии, поглощающие растительный материал и кислород, просуществуют еще несколько миллионов лет, но от общей судьбы не уйдут и они; однако все это не касается хемолитоавтотрофов, у которых все будет отлично: 

«На самом деле даже те обитатели земных недр, которые в обычной ситуации зависят от поступления кислорода с поверхности, могут избежать асфиксии, поскольку другие их собратья производят небольшое количество кислорода. И никого из этих ребят не волнует, встает ли солнце по утрам или нет. Они зарыты в земной коре слишком глубоко, чтобы это замечать».

Второй вид intra-terrestrials — хемоорганогетеротрофы, и они целиком зависимы от продуктов фотосинтеза с поверхности. Привычная для них среда обитания — морские отложения: ил, который накапливается из частиц, постоянно оседающих из толщи океана (планктон, останки животных, пыль) или приносимых стоками с суши. В устьях крупных рек, таких как Ганг или Нил, отложения накапливаются быстро: река функционирует как «грязный пожарный шланг», разбрызгивающий огромные количества ила. В таких местах упавшая на дно частица остается на поверхности несколько столетий, а затем покрывается свежими слоями отложений — и это создает идеальные условия для хемоорганогетеротрофов, получающих из этих частиц питательные вещества. 

В центре Тихого или Атлантического океанов ситуация другая: дно там покрывается илом крайне медленно. Поблизости нет континентов с реками, которые могли бы разбрызгивать ил, сюда не долетают даже песчаные бури из Сахары или Гоби. Удаленность от континентов не только снижает скорость накопления отложений, но и уменьшает количество планктона на поверхности: фитопланктон нуждается не только в солнечном свете, но и в железе, которое поступает в основном с речной водой и ветром из пустынь. Поэтому середина океана — это обширнейшее пространство искрящейся чистой голубой воды шириной в сотни километров. В таких местах осевшие частицы могут лежать на дне тысячи лет или дольше, пока их не покроют новые слои отложений.

Микробам в таких условиях приходится выживать в режиме крайнего энергетического голода — им приходится ждать тысячелетия, пока новая частица органики упадет к ним «на стол», поэтому их популяции там значительно меньше, чем в устьях рек, где пища поступает постоянно. Но даже в таких условиях в 1 м³ ила может содержаться микробных клеток от ста до ста тысяч раз больше, чем в морской воде. Общее количество микробов в подземных морских отложениях — 2,9×10²⁹ клеток, то есть в 100 000 раз больше, чем звезд во Вселенной. Такие микробы живут как обитатели островов, зависимые от поставок пищи с континента.

Что до амбициозной задачи пересмотреть наше понимание жизни на Земле, то главная научная инновация книги — переосмысление модели пяти царств (животные, растения, грибы, протисты, монеры), доминировавшей в учебниках по биологии до конца 1980‑х. В 1980-е американский микробиолог и биофизик Карл Везе секвенировал ген 16S рРНК у метаногенных «бактерий» и обнаружил нечто удивительное: эти организмы оказались не ближе к обычным бактериям, чем к людям, растениям или грибам. Так была открыта новая ветвь на древе жизни — археи, а вместо системы пяти царств Везе предложил три домена: бактерии, археи и эукариоты (все видимые обитатели Земли).

Эту модель критиковал австрийско-американский эволюционный биолог Эрнст Майр, утверждавший, что геном эукариот на несколько порядков превосходит геном прокариот, «и это касается не только генетической программы для ядра и митоза, но и способности к половому размножению, мейозу и созданию невероятного органического разнообразия, представленного медузами, бабочками, динозаврами, колибри, дрожжами, гигантскими водорослями и гигантскими секвойями».

Согласно Ллойд, Майр не учел фактор времени. Бактерии и археи эволюционировали независимым образом 3,8 млрд лет, а многоклеточные эукариоты — лишь около полумиллиарда лет. Этого времени достаточно, чтобы создать сотню вариантов ног, отрастить крылья или научиться выбрасывать желудок через рот, чтобы поймать ужин и засосать его обратно, но, по словам автора, все это лишь косметические модификации. Гораздо более внушительная эволюционная пропасть лежит между умением дышать кислородом (как делают 100% многоклеточных эукариот) и умением дышать различными химическими соединениями (как бактерии и археи), поскольку для изменения способа дыхания требуются модификации основных принципов функционирования жизни. Это различие действительно фундаментально. 

На данный момент известно более 27 типов архей (по альтернативному методу Фила Гугенгольца — 18), более 95 типов бактерий (по Гугенгольцу — 148), 75 типов эукариот, но растения, животные и грибы — лишь 3 из них, остальные — одноклеточные протисты. Иными словами, микробы демонстрируют гораздо более широкое эволюционное и функциональное разнообразие, чем эукариоты. Количество видов бактерий и архей — десятки миллионов, возможно, на порядки больше, и мы только начинаем в них разбираться.

В целом же книга Ллойд может показаться несколько сложной или затянутой неподготовленному читателю. Как правило, автор начинает разбираться в научных вопросах с автобиографической истории, в которой нет-нет да и проскочит шутка про знаменитого американского кинорежиссера или иной артефакт массовой культуры. Все это очень похоже на многочисленные образцы научпопа, успевшие набить оскомину, однако существование живых существ, которым несколько миллиардов лет, на глубине нескольких километров прямо у нас под ногами действительно завораживает, интригует и заслуживает внимания. За остальными подробностями отсылаем непосредственно к книге Карен Ллойд.