Автор: Авилов В. А.

Доктор технических наук В. А. АВИЛОВ, доктор биологических наук С. Д. АВИЛОВА, Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН

Весной 1976 г. в одном из рейсов научно- исследовательского судна "Академик Курчатов" в Красном море мы экспериментально установили неизвестное ранее явление - жизнь в подводных гидротермах. И хотя это открытие вскоре стало темой успешно защищенных нами докторских диссертаций, официально его зарегистрировали лишь через 20 лет.

стр. 56

КРАСНОМОРСКИЕ ВПАДИНЫ

К экспедиции в северо-западную часть Индийского океана мы готовились серьезно. Прежде всего беспокоило техническое оснащение, поскольку имевшиеся в то время приборы для планируемых исследований нас не удовлетворяли. Во-первых, они не всегда срабатывали точно на нужной глубине, во- вторых, их герметичность была недостаточной, а значит, нельзя было надеяться на сохранение взятой пробы воды в ее исходном состоянии. Словом, потребовался надежный батометр. И его разработал один из авторов этой статьи. Прибор был герметичным и брал пробы точно на заданной глубине. И еще одна особенность, выгодно отличающая его от предшествующих моделей, - он обладал компенсационным свойством, т. е. уравновешивал увеличение объема проб воды или донных осадков с помощью специально разработанной грунтовой трубки. Так что при подъеме с глубин полностью сохранялся исходный компонентный состав образца (на эти две приоритетные разработки получены авторские свидетельства). Следует подчеркнуть: до весны 1976 г. в арсенале отечественной и зарубежной океанологической техники ничего подобного не существовало.

Итак, мы отправились в экспедицию, вооружившись надежным прибором и созданной нами же новейшей методологией изучения океанских вод, частью которой стали газогеохимические и биохимические методы. На одном из них следует остановиться.

В своих исследованиях мы использовали считавшийся тогда ультрасовременным точный, высокоспецифичный биохимический способ определения наличия аденозинтрифосфата (АТФ) ^* . Особая ценность последнего заключалась в том, что он содержится только в живых клетках и потому служит неоспоримым показателем существования жизни. Это - органическое соединение, носитель макроэнергетических связей, вообще источник энергии в живой клетке. Таким образом, комплексный методологический подход к научным изысканиям в этой экспедиции оказался исключительно верным и весьма плодотворным.

Наш маршрут проходил сначала по Черному и Средиземному морям, затем через Суэцкий канал в Красное море, которое и стало районом первых исследований, где мы сосредоточились на подробном изучении глубоководных гидротермальных впадин. Заметим, что воды в них, по мнению авторитетных специалистов того времени - немецких ученых Е. Дегенса и Д. Росса, безжизненны. С их мнением, конечно, считались, и потому вопрос о возможности биологичес-

^* См.: В. И. Авилов, С. Д. Авилова. Два рейса - два океана. - Наука в России, 2000, N 3. (прим. ред.).

стр. 57

ких проявлений в гидротермах Красного моря тогда даже не возникал. Однако все оказалось иначе.

Одной из задач нашей экспедиции было изучение качественного состава вод и донных осадков знаменитых впадин. И достигнув нужной глубины (более 2 тыс. м), батометр четко сработал - захватил пробу воды в метре от дна. Кроме наших ученых, с нетерпением ожидавших подъема образца, на палубе судна со склянками стояли специалисты из Швеции, Германии, США. Спуск и подъем прибора занял около 2 ч. Когда он наконец-то оказался на борту, все бросились проверять, как он закрыт, и действительно ли герметичен. Да, все в порядке!

Но особенно удивило другое: стенки батометра были горячими, что без всякого сомнения свидетельствовало о его прямом попадании в гидротерму впадины Атлан-тис-2, в районе которой работала в тот момент экспедиция. Это была огромная удача! Горячую воду из батометра тут же разобрали на всяческие анализы. Ее температура оказалась 62 ^о С, соленость - 242% _о , что на порядок превышает аналогичные показания, обычно фиксируемые на подобных глубинах.

Еще больше взбудоражили ученых одновременно проведенные нами газогеохимические и биохи-

стр. 58

мические исследования (полученный материал мы сразу же обработали в судовой лаборатории). Результаты буквально ошеломили всех. Они свидетельствовали: в исключительно необычных условиях - в очень горячей воде невероятной солености и при отсутствии кислорода - существует жизнь! Уже тогда мы были абсолютно уверены в правильности выбранной методологии и итогах опыта. А позднее наличие в глубинных подводных гидротермах новой формы жизни подтвердили американские и другие исследователи, назвавшие это открытием, крупнейшим в истории наук о Земле ^* XX в.

БИОСФЕРА ИНОГО ТИПА

Все это опрокинуло еще недавно господствовавшее представление об определяющей роли фотосинтеза в процессах, которые протекают не только во всей морской толще - от поверхности до дна, но и в верхнем слое донных осадков. Наши натурные эксперименты с использованием ультрасовременных приборов и новейших газогеохимических и биохимических методов позволили установить существование сооб-

^* См.: А. П. Лисицын, А. М. Сагалевич. Главное открытие в океане. - Наука в России, 2001, N 1 (прим. ред.).

стр. 59

стр. 60

щества морских организмов в подводных глубинных гидротермах. Это оказалась жизнь, основанная не на энергии фотосинтеза, а на хемолитоавтотрофии, когда в отсутствие кислорода, на недоступных для солнечного света глубинах живые организмы в качестве питательного субстрата используют газы, поступающие ко дну из земных недр.

Хемолитоавтотрофия определяет полную автономность существования данных сообществ организмов: их жизнь абсолютно не связана с вышележащей водной массой и протекающими в ней фотохимическими процессами. Иными словами, была обнаружена биосфера нового типа.

А теперь вернемся на некоторое время назад. Зарубежные ученые еще с начала 70-х годов XX в. упорно искали проявления жизни в морских гидротермах, но безуспешно. Причина неудачи - применение традиционных и весьма несовершенных океанологических методов, непригодных для идентификации организмов не привычной нам биосферы, а иного типа, не связанной с фотосинтетическими процессами.

Наши же данные по аденозин-трифосфату, полученные в 1976 г., показали: гидротермальные воды в виде подводного "озера", заполнившие впадину Атлантис-2 в Красном море, довольно плотно населены микроорганизмами. Их биомасса в двух параллельных пробах составила 40,4 и 44,5 мкг х С х л ^-1 (глубина - 2121 м). Она оказалась выше по сравнению с биомассой верхних слоев воды: в 4-4,5 раза больше, чем в переходном слое (глубина 2030 м), в 6 раз - чем в промежуточном слое (1000 м), в 1,5 раза - чем в самом верхнем фотическом слое (50 м).

Приведенные сопоставления показывают: в водах гидротерм автономно существуют активные организмы, чью жизнедеятельность никак нельзя связать с явлениями, происходящими в фотическом слое. Тем более, что переходный слой с его высокими градиентами температуры, солености, газосодержания надежно отделяет гидротермальные воды от основной красноморской толщи, препятствуя интенсивному обмену между ними. Это важное обстоятельство и объясняет причину активной жизнедеятельности найденных микроорганизмов.

Одновременно с АТФ в пробах воды впадины Атлантис-2 мы обнаружили газы - углекислый, водород и метан. Они-то и служат питательным субстратом для сообщества организмов. Таким образом, нам удалось установить, за счет каких процессов оно существует, т. е. выявить причинно- следственную связь. Ибо без определения таковой любое впервые наблюдаемое явление не может считаться открытием.

Микроорганизмы, использующие для своей жизнедеятельности названные выше газы, и составляют основу живых сообществ в подводных глубинных гидротермах. Газы поступают туда из недр земной литосферы и создают необходимый поток вещества и энергии, который обеспечивает устойчивое, автономное от внешней основной массы вод существование данных сообществ.

Позднее, в 1981 г. после долгих поисков американские исследователи X. Яннаш и К. Вирсен, наконец, обнаружили микроорганизмы в гидротермах Тихого океана. Но изучая их обычным микробиологическим методом (прямого счета), так и не смогли объяснить, как они здесь развиваются и чем питаются. Это была простая констатация факта существования жизни без установления причинно- следственной связи. И только через несколько лет Яннаш и другие исследователи, применив биохимический метод, аналогичный нашему, подтвердили присутствие там АТФ. Они получили те же, что и мы, соотношения концентраций биомассы активных микроорганизмов и в самой гидротерме, и в окружающих ее водах.

То, что на океанском дне существуют сообщества организмов, или биосферы непривычного нам типа, может иметь весьма перспективное практическое значение для предприятий, в которых потребляют и перерабатывают естественные и выбрасываемые при различных производствах газы, создают экологически чистые замкнутые технологические циклы. Вместе с тем появился шанс успешно решать более широкий круг проблем, поскольку теперь есть новые знания об этапах миграции газов из литосферы, что существенно для прояснения многих вопросов в нефтегазовой науке и практике, касающихся процессов образования и захоронения органического вещества, геохимических методов поиска нефти и газа, теории их происхождения.

Теперь также сформировался совершенно иной взгляд на адаптацию живых организмов к использованию нефотосинтетической энергии; изучены животные, питающиеся хемосинтезирующими бактериями.

И наконец, можно считать, что жизнь, особенно на уровне микроорганизмов, возможна и в глубоких недрах Земли, невзирая на господствующие там высокое давление и температуру. Этому уже есть некоторое подтверждение. В 1991 г. нам пришлось проводить экологические исследования на побережье острова Сахалин, в том числе изучать колонки горных пород, извлеченных при бурении. И в пробе, взятой с глубины 23 м, был обнаружен аденозинтрифосфат, а следовательно, факт существования жизни. К тому же там зафиксирован поток эндогенных газов - гелия, водорода, двуокиси углерода. Несомненно, основой жизни здесь являются микроорганизмы с хемолитоавтотрофным типом обмена веществ.

Постоянный адрес данной публикации: