Вечная мерзлота — один из самых стабильных и загадочных слоев Земли. Но сегодня, когда температура Арктики растет вдвое быстрее, чем в среднем по планете, эта стабильность начинает рушиться. И вместе с тающими пластами льда "просыпаются" микроорганизмы, которые провели в изоляции тысячи лет.
На этот раз тревожные данные пришли с Аляски, где ученые из Университета Колорадо в Боулдере изучают активность древних бактерий в условиях потепления.
Исследование возглавил микробиолог Тристан Каро, который вместе с коллегами организовал серию опытов в уникальном подземном комплексе — тоннеле вечной мерзлоты, пробитом в 1960-х годах Инженерным корпусом армии США близ города Фэрбанкс. Этот тоннель протянулся на 106 метров в глубь многовековых ледяных пород, где сохранились древние микроорганизмы, споры растений и фрагменты костей.
Ученый собрал образцы микробов прямо со стен тоннеля и поместил их в контейнеры с водой, температура которой колебалась от 4 до 12 градусов Цельсия - примерно столько показывает термометр летом на Аляске. Эти условия имитировали естественное потепление региона.
Эксперимент длился шесть месяцев. За это время часть бактерий не только выжила, но и начала активно размножаться, формируя биопленки - сложные микроколонии, объединенные слизистым матриксом. Такая структура помогает микробам защищаться от внешней среды и выживать даже в неблагоприятных условиях.
Результаты подтвердили опасения ученых: древние микроорганизмы, замерзшие в толще вечной мерзлоты на тысячи лет, не утратили жизнеспособности. При повышении температуры они способны активизироваться и начать метаболическую деятельность, а значит — участвовать в химических и биологических процессах современного климата.
"Мы наблюдаем, как микроорганизмы, считавшиеся мертвыми, начинают вести себя так, словно прошедшие тысячелетия для них не имели значения", — пояснил Тристан Каро в беседе с журналистами портала colorado.edu.
Это не первый случай, когда микробы из вечной мерзлоты проявляют признаки активности. Подобные эксперименты ранее проводились в России — в Сибири и на Ямале. Там, после частичного размораживания образцов, бактерии и вирусы также оживали, демонстрируя способность к росту и делению.
Для ученых такая находка — двойная проблема. С одной стороны, это ценная возможность изучить древнюю биосферу Земли. С другой — реальная угроза для современных экосистем и здоровья человека.
Иммунная система Homo sapiens за тысячелетия адаптировалась к совершенно иному набору патогенов. То, что когда-то было безвредно для наших предков или животных ледникового периода, сегодня может оказаться смертельно опасным. Ведь иммунная "память" человечества попросту не знает, как бороться с такими микроорганизмами.
Однако эпидемиологическая угроза — лишь часть проблемы. Активизация микробов в вечной мерзлоте запускает цепную реакцию климатических изменений.
Когда бактерии просыпаются, они начинают перерабатывать органическое вещество, заключённое в мёрзлых слоях почвы. В результате выделяются углекислый газ и метан - мощнейшие парниковые газы. Чем выше температура, тем активнее микробы, а чем активнее микробы, тем больше выбросов и выше температура.
Так формируется замкнутый круг, который учёные называют "положительной обратной связью" Арктики.
"В этом регионе потепление усиливается само собой. Каждая степень роста температуры открывает доступ к новым слоям мерзлоты, и цикл ускоряется", — отмечают исследователи из Университета Колорадо.
Аляска считается одним из ключевых индикаторов глобальных климатических изменений. За последние 50 лет среднегодовая температура здесь выросла более чем на 2,5 градуса, а толщина слоя вечной мерзлоты заметно уменьшилась. В некоторых районах мерзлая земля уже превращается в болотистую, и целые участки леса уходят под воду.
Исследования Тристана Каро и его коллег помогают понять, как именно биологические процессы влияют на этот процесс. Если микробы начнут массово разлагать органику, выбрасывая углерод в атмосферу, усилие по сокращению выбросов парниковых газов может оказаться недостаточным для стабилизации климата.
Опасения американских ученых разделяют и российские специалисты. В Сибири аналогичные исследования проводились Институтом почвоведения и Институтом физико-химической биологии РАН. Там, как и в Аляске, фиксировалось "пробуждение" древних бактерий и появление метаногенных архей — организмов, способных выделять метан при разложении органики.
"Мы фактически наблюдаем, как тающий лед превращается в биореактор, — пояснил один из участников российских исследований. — Это не только экологический, но и биологический риск: никто не знает, какие штаммы могут ожить вместе с таянием мерзлоты".
Кроме того, в российских и канадских арктических зонах уже известны случаи вспышек сибирской язвы, вызванные размораживанием старых скотомогильников. Эти эпизоды показывают, что сценарий заражения от древних патогенов — вовсе не фантастика.
В Арктике потепление развивается в два-три раза быстрее, чем в других регионах планеты. При этом с каждым годом в атмосферу попадает всё больше углерода, заключённого ранее в мерзлоте.
Ученые называют этот процесс "климатической петлей": чем больше выбросов — тем выше температура, и тем быстрее разрушаются ледяные пласты, что ведет к новым выбросам.
По оценкам Межправительственной группы экспертов по изменению климата (IPCC), только в недрах вечной мерзлоты хранится в два раза больше углерода, чем во всей атмосфере Земли. Если большая его часть высвободится, последствия для климата будут необратимыми.
| Этап | Процесс | Последствие |
| 1 | Повышение температуры воздуха | Начало таяния мерзлоты |
| 2 | Активизация микроорганизмов | Разложение древней органики |
| 3 | Выделение CO₂ и метана | Рост концентрации парниковых газов |
| 4 | Усиление потепления | Новое таяние и новая волна выбросов |
Не все ученые считают пробуждение микроорганизмов исключительно угрозой. Некоторые исследователи рассматривают возможность использования арктических микробов для биотехнологических задач — например, для утилизации отходов при низких температурах или получения ферментов, устойчивых к холоду.
Однако большинство специалистов подчеркивает: прежде чем думать о пользе, нужно гарантировать безопасность. Любое неконтролируемое "воскрешение" древних форм жизни может привести к непредсказуемым последствиям.
Команда Тристана Каро продолжает мониторинг активности микробов в тоннеле вечной мерзлоты. Ученые планируют изучить генетические особенности выживших штаммов и выяснить, чем они отличаются от современных бактерий. Особое внимание уделяется способности древних микробов противостоять антибиотикам — ведь устойчивость к ним могла существовать задолго до появления медицины.
Исследователи уверены: понимание того, как ведут себя древние микроорганизмы в условиях современного климата, поможет предсказать, какие риски несет дальнейшее потепление в Арктике.