Китайские ученые поставили под сомнение один из главных принципов биологии: что вся жизнь на Земле зависит от солнечного света. Оказалось, глубоко под землей, в полной темноте, кипит своя, невидимая нам жизнь. Исследователи выяснили, откуда микробы, обитающие в толще земной коры, берут энергию для существования.

Эту загадку раскрыла группа под руководством профессора Хэ Хунпина и профессора Чжу Цзяньси из Гуанчжоуского института геохимии. Раньше считалось, что без света и органики жизнь там невозможна. Но теперь мы знаем: глубины планеты населяет огромное количество микробов. Они питаются энергией от химических реакций, которые происходят при взаимодействии воды и горных пород. Главный источник энергии для них — водород. Но вопрос был в том, откуда он берется.

Подробности опубликованы в издании Science Advances.

Ученые смоделировали в лаборатории процессы, похожие на землетрясения, когда пласты пород трутся и ломаются. Оказалось, что при таком разрушении камни выделяют свободные радикалы, которые, в свою очередь, расщепляют воду. В результате образуется и водород, и окислители — например, перекись водорода. Эта смесь создает в разломах особую химическую среду, где железо в породах и воде начинает менять свою форму:

• окисляясь (теряя электроны);
• или восстанавливаясь (приобретая электроны).

Этот цикл превращений железа и становится основой для жизни микробов. Ключевое открытие в том, что при сейсмической активности водорода производится в сотни тысяч раз больше, чем при всех других известных процессах. Эта энергия не только кормит глубинные микроорганизмы, но и управляет круговоротом углерода, азота и серы в недрах Земли.

Открытие меняет наше представление о том, где может существовать жизнь. Как отмечают профессора, подобные процессы могут идти и на других планетах, а значит, и там в глубинах могут скрываться свои обитатели.

Польза этого исследования фундаментальна и многогранна.

• Во-первых, оно расширяет наши границы поиска жизни во Вселенной. Если главным условием становится не свет далекой звезды, а геологическая активность планеты, то зона обитаемости вокруг других звезд резко расширяется. Мы будем смотреть не на похожие на Землю планеты в узком «поясе жизни», а на небесные тела с активной тектоникой, спутники вроде Европы или Энцелада.
• Во-вторых, понимание этих процессов — ключ к новой биотехнологии. Микроорганизмы, живущие в экстремальных условиях, обладают уникальными ферментами и метаболическими путями. Их можно использовать в промышленном катализе, для переработки отходов или создания биосенсоров. Наконец, это знание помогает нам понять глобальные геохимические циклы нашей планеты, которые влияют на все — от формирования месторождений полезных ископаемых до долгосрочных изменений климата.

Основное замечание касается масштабирования лабораторных данных на реальный мир. Исследование проводилось в контролируемых условиях, где ученые моделировали один конкретный процесс — разрушение породы. Однако в природных системах все сложнее: одновременно протекают десятки взаимосвязанных процессов (например, тот же серпентинизация или радиолиз), которые тоже производят водород и окислители. Трудно с точностью определить, какой вклад каждый из них вносит в общий «энергетический бюджет» глубинной биосферы. Чтобы подтвердить доминирующую роль механизма, описанного учеными, необходимы прямые полевые измерения и отбор проб непосредственно в активных тектонических зонах на большой глубине, что является чрезвычайно сложной и дорогостоящей задачей.

Ранее ученые нашли одну из самых древних форм жизни.