Пробуждение века: учёные обнаружили активность микробов, спавших тысячи лет

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.

Эксперимент под землей

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.

Полгода спустя: микробы ожили

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.

Опасность не только для климата

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.

Потепление и "эффект обратной связи"

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.

Что происходит на Аляске

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.

Международная тревога

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.

Цикл, который нельзя остановить

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.

Таблица "Этапы цепной реакции мерзлоты"

А что если микробы станут союзниками?

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.

Что дальше

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.