Ученые разбудили микробов из вечной мерзлоты
Ученые умышлено разбудили микробов из вечной мерзлоты, остававшихся замороженными до 40 000 лет, чтобы изучить их возвращение к жизни. Результаты наблюдений вышли в Journal of Geophysical Research: Biogeosciences.
Вечная мерзлота занимает до четверти суши в Северном полушарии. Это ледяное кладбище, где останки животных и растений, наряду с многочисленными бактериями и другими микроорганизмами, оказались застывшими во времени.
Во всяком случае, до тех пор, пока любопытные ученые не попытаются их разбудить.
Группа обнаружила, что если разморозить вечную мерзлоту, микробы в ней какое-то время будут приходить в себя. Но через несколько месяцев, словно очнувшись после долгого сна, они начинают образовывать процветающие колонии.
«Это отнюдь не мертвые образцы. Они все еще вполне способны поддерживать активную жизнь, которая может разлагать органическое вещество и выделять его в виде углекислого газа», — подчеркнул бывший аспирант Колорадского университета в Боулдере Тристан Каро, ведущий автор исследования.
По словам его соавтора Себастьяна Копфа, эта работа имеет широкие последствия для состояния Арктики и всей планеты.
Сегодня вечная мерзлота в мире тает из-за антропогенного изменения климата. Ученые обеспокоены, что эта тенденция может запустить порочный круг. По мере таяния вечной мерзлоты микробы, живущие в почве, начнут разлагать органическое вещество, выбрасывая его в воздух в виде углекислого газа и метана — мощных парниковых газов.
«Это одна из самых больших неопределенностей в климатических реакциях, — отметил профессор Копф. — Как оттаивание замерзшей земли, где, как мы знаем, хранятся огромные запасы углерода, повлияет на экологию этих регионов и на скорость изменения климата?»
Долгая спячка
Для изучения этих неизвестных факторов исследователи отправились в уникальное место — Туннель вечной мерзлоты Инженерного корпуса армии США. Эта необычная исследовательская лаборатория протянулась более чем на 100 метров вглубь промерзлой земли под центральной Аляской.
Когда Каро вошел в туннель, по ширине сравнимый с шахтной выработкой, он увидел кости древних бизонов и мамонтов, торчащие из стен.
«Первое, что замечаешь, когда заходишь внутрь, — крайне неприятный запах. Пахнет затхлым подвалом, — поделился Каро, который теперь работает в Калифорнийском технологическом институте. — Для микробиолога это очень любопытно, потому что интересные запахи часто имеют микробное происхождение».
Исследователи собрали образцы вечной мерзлоты возрастом от нескольких тысяч до десятков тысяч лет со стен туннеля. Добавили в пробы воду и стали выращивать микроорганизмы при температурах 4 и 12 градусов Цельсия — прохладно для людей, но жарко для Арктики.
«Мы хотели смоделировать, что происходит летом на Аляске, в будущих климатических условиях, когда эти температуры достигают более глубоких слоев вечной мерзлоты», — пояснил Каро.
С одной особенностью: исследователи использовали тяжелую воду — с дейтерием вместо обычного водорода. Это позволило отслеживать, как микробы поглощали воду, а затем использовали водород для построения своих жировых оболочек.
Арктическое лето
Результаты наблюдений оказались поразительными. В первые несколько месяцев колонии росли очень медленно, в некоторых случаях обновляя не больше одной клетки на 100 000 в день. В лабораторных условиях большинство бактериальных колоний полностью обновляются в течение нескольких часов.
Но все изменилось спустя полгода. Некоторые бактериальные колонии даже образовали видимые невооруженным глазом биопленки.
По словам Каро, скорее всего, эти микробы не могут заражать людей, но их все равно держали в герметично закрытых контейнерах.
Похоже, более высокие температуры не ускоряют пробуждение бактерий, добавил он. Эти результаты могут быть полезны для понимания последствий таяния вечной мерзлоты в реальных условиях: после жаркого периода может пройти несколько месяцев, прежде чем микробы примутся выделять парниковые газы в воздух в больших объемах.
Другими словами, чем длиннее лето в Арктике, тем больше рисков для планеты.
«Летом на Аляске может быть один жаркий день, но гораздо важнее, что летний сезон удлиняется, и эти теплые температуры распространяются на осень и весну», — сказал Каро.
Вокруг этих микробов еще много неразгаданных вопросов — например, ведут ли себя древние организмы одинаково в разных точках мира, заметил геолог.
«В мире так много вечной мерзлоты — на Аляске, в Сибири и в других северных холодных регионах. Мы исследовали лишь ее крошечный кусочек», — подытожил он.
