Потрясенный посреди Атлантического океана, на вершине подводной горы, возвышающейся на 10 000 футов над морским дном, находится Затерянный город. Сотни белых шпилей врываются в темный океан, охватывая территорию городского квартала и возвышаясь на высоту от 30 до 200 футов. Горячие щелочные жидкости, заполненные газообразным водородом, извергаются из вершин этих естественных башен в воды к востоку от Срединно-Атлантического хребта.
То, что похоже на давно заброшенный мегаполис, на самом деле кишит микроскопической жизнью. Триллионы микробных жителей Затерянного города, расположенные на вершине массива Атлантиды, стали увлечением для ученых. Эти микробы, процветающие в области гидротермального выброса глубоко в Атлантике, содержат секрет выживания жизни в таких враждебных условиях - и они могут даже дать подсказки о происхождении жизни на Земле.
Завтра, 8 сентября, группа из 22 исследователей, микробиологов, геологов и океанографов, впервые за многие годы, отправится в Затерянный город. Эта группа ученых хочет знать, как микробы Затерянного города зарабатывают на жизнь, что они едят и дышат, и как они выживают в экстремальных температурах и давлениях глубокого океана.
«Мы хотим знать, как они там живут», - говорит со-руководитель команды Уильям Бразелтон, микробиолог из Университета Юты.
Открытый в 2000 году Затерянный город является одним из немногих известных мест на планете, подобных этому. В отличие от более распространенных типов гидротермальных жерл, таких как черные курильщики и метановые утечки, Затерянный город не подпитывается вулканической активностью. Скорее, вентиляционные отверстия создаются, когда морская вода сталкивается с породой из мантии Земли, создавая газ и энергию в процессе, известном как серпентинизация. Богатая кальцием вода из этих вентилей затем вступает в реакцию с углеродом в морской воде, образуя культовые карбонатные дымовые трубы Затерянного города.
Карбонатные дымовые трубы Затерянного города, полученные во время экспедиции 2005 года в гидротермальную вентиляционную систему. (Д. Келли / М. Эленд / UW / URI-IAO / NOAA / The Lost City Science Team) Газообразный водород, выбрасываемый из труб, обеспечивает достаточный источник энергии для микробов, живущих в Затерянном городе. «Это самая близкая вещь к бесплатному ланчу, который предлагает вселенная», - говорит Бразелтон. Дымоходы также выделяют метан, органическую молекулу, которая является богатым источником энергии для многих типов жизни.
Хотя энергии в изобилии, еще не ясно, откуда микробы в этой глубоководной экосистеме получают углерод или питательные вещества. По словам со-руководителя команды Сьюзен Лэнг, геохимика из Университета Южной Каролины, раскрытие этой тайны является одной из основных задач экспедиции.
«Один из вопросов, на который мы пытаемся ответить: зачем нужны эти микробы?» - говорит она. «Жизнь всегда ищет что-то».
Во время трехнедельной экспедиции ученые на борту научно-исследовательского судна ВМС США (R / V) « Атлантис» отправят дистанционно управляемое транспортное средство (ROV) по имени Джейсон на глубину около 2600 футов в Затерянный город для сбора образцов. «Джейсон выглядит как внедорожник с большим хвостом, выходящим из-за спины», - говорит Бет Оркатт, микробиолог из Лаборатории наук о океане Бигелоу, которая участвует в экспедиции, но не собирается сама. «Ученые используют Джейсона как глаза и руки на морском дне».
Джейсон будет собирать осадок с морского дна и добывать небольшие образцы дымовых труб Затерянного города, но в основном Джейсон будет собирать воду. Ученые экспедиции планируют собрать воду, вытекающую из дымоходов, чтобы захватить микробы, которые живут глубоко в массиве Атлантиды. Исследователи выдвигают гипотезу о том, что микробы в горах вносят углерод и питательные вещества в экосистему, что обеспечивает микробную жизнь на поверхности дымоходов.
«Это показало бы, что Земля - это сильно связанная система», - говорит Лэнг. «Даже действительно странные организмы, живущие на дне моря, позволяют жить на поверхности».
ROV Джейсон, который будет исследовать Затерянный город и взять образцы в этом месяце. (Том Кляйндинст / Вудс Холл Океанографический институт) Определение того, как микробы выживают в горе, где неблагоприятные условия окружают процесс серпентинизации, также может дать представление о возможной жизни на других планетах. Поскольку ингредиенты относительно просты (камни и морская вода), а среда не содержит кислорода, микробы в Атлантиде могут стать окном для внеземных форм жизни.
«Это пример экосистемы, которая может быть активна на Энцеладе или Европе прямо в эту секунду, - сказал Бразелтон, имея в виду водянистые спутники Сатурна и Юпитера, - и, возможно, Марс в прошлом».
ROV Jason будет собирать около 30 литров морской воды каждый день. Часть собранной воды будет храниться в морозильных камерах для будущих исследований, а часть будет проанализирована на месте для измерения химического состава, а также численности микробов и вирусов. В течение следующих лет генетическое тестирование образцов морской воды покажет, какие виды микробов живут в этой экстремальной среде и как им удается выжить.
Есть также ученые, которые считают, что Затерянный Город или подобное место может быть тем местом, где началась жизнь на Земле. «Это хорошая система для развития ранней жизни», - сказал Лэнг. Небольшие поры в стенах дымовых труб Затерянного города в сочетании с основной (в отличие от кислой) морской водой и неограниченным источником энергии в газообразном водороде могут обеспечить условия Златовласки, необходимые для спонтанной жизни.
«Геохимия и геология в Затерянном городе, кажется, объединяются таким образом, чтобы решить энергетическую проблему происхождения курицы и яйца, происходящую из жизни», - сказал Джеффри Марлоу, микробиолог из Гарвардского университета, который не участвует в экспедиции. Проблема «курица и яйцо» относится к тому факту, что клетка нуждается в энергии для создания биомолекул, а биомолекулы нужны для использования энергии.
Марлоу считает правдоподобным, что вода с высоким pH, циркулирующая в поры дымохода в Затерянном городе, может создать благоприятные условия для начала жизни. Газообразный водород и другие молекулы, смешивающиеся в порах, могут создавать предварительный курсор для клетки, известной как протоклетка.
Изображение, полученное на сканирующем электронном микроскопе, показывает прозрачные биопленки, сделанные из микробов внутри и внутри дымовых труб Затерянного города. (Предоставлено Томазо Бонтогнали, Сьюзен Лэнг и Гретхен Фрюх-Грин) Другие места, такие как Затерянный город, существуют в глубоком море, но их оказалось трудно найти. Поскольку побочные продукты серпентинизации являются относительно мирскими, в основном водородом и метаном, такие места, как Затерянный город, не имеют сильных биосигнатур, как другие гидротермальные вентиляционные системы, такие как черные курильщики, извергающие газообразную серу. «Мы считаем, что такие сайты, как« Затерянный город », довольно широко распространены, мы просто не знаем, где они находятся», - говорит Лэнг. «Прямо сейчас мы бы сказали, что« Затерянный город »уникален, но, вероятно, он не одинок».
Найти другой Затерянный город вскоре кажется маловероятным, учитывая, что большая часть океана никогда не исследовалась людьми. «Мы видели только крошечную часть морского дна», - говорит Марлоу. «Там можно найти гораздо больше». По данным Национальной океанской службы США, менее 20 процентов океана было нанесено на карту или наблюдалось людьми.
Глубокий океан - такая же граница для ученых, как и глубокий космос. Исследователи только начинают понимать, как разнообразная жизнь функционирует в экстремальных экосистемах у морского дна, и ученые не единственные, кто смотрит в глубокое море. Минеральные ресурсы, такие как никель, кобальт, серебро и золото, вызывают интерес у горнодобывающих компаний, которые все больше инвестируют в будущую глубоководную эксплуатацию.
«Когда я был студентом, изучавшим глубокое море, идея о том, что на морском дне есть полезные ископаемые, которые индустрия могла бы добывать, была полностью научной идеей, потому что она вообще не была экономически жизнеспособной», - сказал Оркутт. Но теперь необходимые технологии уже здесь, и Международный орган по морскому дну (агентство ООН, которое дает разрешение на добычу в международных водах) выдает разрешения на разведку месторождений каждый год. Одно из таких разрешений, выданных в августе 2017 года, дало Польше право эксплуатировать район морского дна, где находится Затерянный город.
Структура "улья" в Затерянном Городе. (Предоставлено Деборой Келли, Университет Вашингтона) Некоторые морские ученые говорят, что разработка морского дна до того, как мы поймем его базовую биологию, может стать причиной катастрофы. «Как и в случае с любой другой границей, довольно легко влиять на изменения, даже не зная, что там есть и в чем заключаются уязвимости», - говорит Лиза Левин, глубоководный биолог и соучредитель Глубоководной инициативы по управлению, цель которой - привлечь ученых, экономисты, эксперты в области политики и представители отрасли вместе по вопросам глубоководной эксплуатации. Левин говорит, что когда Польша получила права на разработку района вокруг Затерянного города, она подняла красный флаг для глубоководных микробиологов. «Это было каталитическое событие».
Многие глубоководные исследователи сейчас призывают сохранить Затерянный город и такие места, как это, подчеркивая глобальную важность глубоководной микробиологии, которая способствует круговороту питательных веществ, смягчению климата и генетическому разнообразию. «Мы хотим привлечь внимание к невидимой части жизни», - говорит Оркутт, который организовал научные встречи о влиянии глубоководной добычи на микробную деятельность. «Морское дно имеет ценность. Каждый раз, когда ученые уходят на дно океана, открываются новые виды. Океана так много, о котором мы не знаем.
Экспедиция этого месяца в Затерянный город поможет нам узнать немного больше о таинственных мирах ниже.
