На исследовательской базе Корпуса инженеров армии США в центре Аляски уходит вглубь земли уникальный туннель. Его глубина — более 350 футов, а из стен торчат кости мамонтов. Однако команда исследователей приехала на этот удалённый объект не за древними окаменеломи. Они охотились за кое-чем гораздо более мелким — и вонючим.
«Первое, что вы замечаете, когда входите туда, — это ужасный запах. Он как в сыром подвале, который слишком долго никто не проветривал», — рассказал в заявлении учёный-геолог Тристан Каро. «Для микробиолога это очень интересно, потому что интересные запахи часто связаны с микробами».
После того как Каро и его коллеги привыкли к неприятному запаху, они сосредоточились на извлечении образцов вечной мерзлоты, каждый из которых содержал тысячи микроскопических организмов. Микробы провели около 40 тысяч лет в замёрзшей почве, но после тысячелетней спячки пришло время проснуться. То, что они сделали дальше, поможет исследователям лучше понять — и, возможно, подготовиться — к тому, что кажется почти неизбежным на фоне повышения температуры на Земле.
«Это один из самых больших неизвестных факторов в реакции климата», — объяснил учёный-геолог из Колорадского университета в Боулдере (CU Boulder) Себастьян Копф. «Как оттаивание вечной мерзлоты, где, как мы знаем, хранится огромное количество углерода, повлияет на экологию этих регионов и на темпы изменения климата?»
Микробы и выбросы парниковых газов
Микробы питаются органическими веществами и впоследствии выделяют в атмосферу метан и углекислый газ. К сожалению, это два самых мощных и вредных парниковых газа, сокращение которых пытается осуществить человечество. Основная проблема заключается в том, что оттаивание вечной мерзлоты приведёт к высвобождению большего количества микробов, что будет способствовать образованию замкнутого цикла выбросов газов.
«Эти образцы ни в коем случае нельзя считать мёртвыми. Они всё ещё способны поддерживать жизнедеятельность, которая может разрушать органические вещества и выделять их в виде углекислого газа», — сказал Каро.
Чтобы увидеть, что может произойти, когда температура в Арктике продолжит повышаться, Каро и Копф добавили в образцы воду. Помимо разрушения органических веществ, микробы потребляют воду для использования в жирных мембранах, которые окружают все живые клетки. Затем они инкубировали свои образцы из Аляски в диапазоне температур от 39 до 54 градусов по Фаренгейту. Это может показаться не особенно тёплым, но всё равно выше точки замерзания — и чрезвычайно жарко для Арктики.
«Мы хотели смоделировать то, что происходит в аляскинское лето в условиях будущего климата, когда эти температуры достигают более глубоких слоёв вечной мерзлоты», — сказал Каро.
Их недавние выводы, опубликованные в журнале JGR Biogeosciences, зафиксировали неожиданную траекторию. Бактерии обычно заменяют клетки всей колонии в течение нескольких часов, но образцы из вечной мерзлоты начали этот процесс крайне медленно, иногда заменяя около одной клетки на 100 000 каждый день. Однако примерно через шесть месяцев их популяция резко возросла. Некоторые колонии выросли настолько большими, что образовали вязкое вещество, называемое биопленкой, которое можно было увидеть без микроскопа.
При этом температура, по-видимому, играла меньшую роль в росте клеток, чем ожидали исследователи. Воздействие внезапного повышения температуры не сильно ускорило размножение микробов. Это открытие имеет серьёзные последствия для Арктики, поскольку её лето становится теплее и длиннее.
«У вас может быть один жаркий день летом на Аляске, но гораздо важнее удлинение летнего сезона, когда эти тёплые температуры распространяются на осень и весну», — объяснил Каро.
Пока неясно, почему древние микробы функционировали именно так после выхода из спячки. Кроме того, ещё предстоит выяснить, происходит ли медленный старт и в других микробных колониях, обнаруженных по всему миру.
«В мире так много вечной мерзлоты — на Аляске, в Сибири и в других северных холодных регионах. Мы взяли только один крошечный кусочек этого», — сказал Каро.
Есть и ещё одна серьёзная проблема. Хотя авторы исследования сомневались, что их образцы микробов из Аляски могут заразить человека, они подстраховались, держа их в регулируемой закрытой среде. Другие виды бактерий, которые выходят из спячки в вечной мерзлоте, могут оказаться более «вредными».