Какова температурная граница жизни глубоко под океанским дном?

Международная команда учёных из Японского агентства науки и технологий по изучению морских недр (JAMSTEC) и MARUM — Центра морских наук об окружающей среде Бременского университета определила температурные пределы существования микробной жизни в глубокой биосфере под морским дном. Результаты экспедиции Международной программы океанического бурения (IODP) 2016 года опубликованы в журнале Science.

Среда в глубоких осадках под океанским дном экстремальна: с глубиной растут температура и давление, а доступность энергии снижается. Несмотря на это, микроорганизмы обитают на глубине в несколько километров. Чтобы изучить долгосрочное влияние высоких температур на жизнь в условиях дефицита энергии, необходимы глубоководные буровые работы.

Уникальное место бурения

Целью экспедиции T-Limit было пробурить скважину глубиной в тысячу метров в осадках с температурой до 120 °C. Для этого использовалось научно-исследовательское судно Chikyu в районе желоба Нанкай у побережья Японии. Из-за аномально высокого геотермического градиента температура 120 °C была достигнута на глубине всего 1180 метров ниже морского дна (при глубине океана 4,8 км).

Ключевые открытия

• Плотность микробной популяции резко снижается при температуре около 45 °C.
• Концентрация вегетативных клеток падает до уровня менее 100 клеток на кубический сантиметр осадка при температуре выше 50 °C.
• Однако в более глубоких и горячих зонах (до 120 °C) снова обнаружены клетки и микробная активность.
• Концентрация эндоспор (покоящихся клеток бактерий) резко возрастает и достигает пика при 85 °C. Эти специализированные типы могут сохраняться в «глубоком сне» в течение геологических периодов.

Методы и сотрудничество

Исследование потребовало работы на пределе технических возможностей. Для надёжного обнаружения редкой жизни использовались сверхчувствительные методы (в 100 000 раз чувствительнее, чем 20 лет назад) и строгий контроль на загрязнение, включая работу в чистых комнатах лабораторий в Коти (Япония).

В работе над статьёй участвовали 43 автора из 29 институтов и 9 стран в рамках Экспедиции 370 IODP. Исследование показывает, что на нижней границе биосферы сосуществуют летальные пределы и возможности для выживания, открывая новые знания о пределах жизни на Земле.