ÏÐÈÐÎÄÀ    ¹ 2, 2002 ã.

© Ì.Â. Èâàíîâ

Íàçåìíàÿ ìèêðîáèîëîãèÿ è
ñòðàòåãèÿ ïîèñêîâ æèçíè íà Ìàðñå

Ì.Â. Èâàíîâ

Ìèõàèë Âëàäèìèðîâè÷ Èâàíîâ, àêàäåìèê ÐÀÍ,
äèðåêòîð Èíñòèòóòà ìèêðîáèîëîãèè ÐÀÍ,
ïðåçèäåíò Ðîññèéñêîãî ìèêðîáèîëîãè÷åñêîãî îáùåñòâà

Äâàäöàòü ïÿòü ëåò íàçàä, â èþëå è ñåíòÿáðå 1976 ã., äâà áëîêà àìåðèêàíñêîé êîñìè÷åñêîé ìèññèè «Âèêèíã» ñîâåðøèëè ìÿãêóþ ïîñàäêó íà ïîâåðõíîñòü Ìàðñà è ïðîâåëè ïåðâûå ýêñïåðèìåíòû ïî ïîèñêó æèâûõ îðãàíèçìîâ. Ìû åùå âåðíåìñÿ ê äðàìàòè÷åñêîé èñòîðèè ïðîãðàììû «Âèêèíã» è îáñóæäåíèþ ðåçóëüòàòîâ ðàáîòû ìèññèè «Âèêèíã» íà Ìàðñå. Íî äî ýòîãî çàãëÿíåì íåíàäîëãî â ïîñëåäíþþ ÷åòâåðòü XIX â., â ã.Ïèçó, ãäå çà ñòî ëåò äî ïîëåòà «Âèêèíãîâ» èòàëüÿíñêèé àñòðîíîì è ÷ëåí Ñàíêò-Ïåòåðáóðãñêîé àêàäåìèè íàóê Äæ.Ñêèàïàðåëëè (1835-1910) îáíàðóæèë íà ïîâåðõíîñòè Ìàðñà òåìíûå ëèíåéíûå ñòðóêòóðû, êîòîðûå îí íàçâàë êàíàëàìè.

Èçâåñòíûé àìåðèêàíñêèé àñòðîíîì Ï.Ëîóýëë (1855-1916) æèâî çàèíòåðåñîâàëñÿ ðåçóëüòàòàìè íàáëþäåíèé Ñêèàïàðåëëè è â òå÷åíèå íåñêîëüêèõ äåñÿòêîâ ëåò ïðîâîäèë ñèñòåìàòè÷åñêèå íàáëþäåíèÿ ïîâåðõíîñòè Ìàðñà. Ëîóýëë è åãî ñîòðóäíèêè äåòàëüíî îïèñàëè áîëåå 400 êàíàëîâ, èçìåðèëè èõ ïðîòÿæåííîñòü è øèðèíó è ñîçäàëè ìíîãî÷èñëåííûå êàðòû êàíàëîâ è îàçèñîâ.

Ðåçóëüòàòû ýòèõ èññëåäîâàíèé îïóáëèêîâàíû â êíèãå «Ìàðñ è æèçíü íà íåì», âûøåäøåé â ñâåò â ÑØÀ â 1898 ã. è ïåðåèçäàííîé â Ðîññèè â 1912 ã. [1]. Ëîóýëë ïîëàãàë, ÷òî ñëîæíàÿ ñåòü êàíàëîâ áûëà ñîçäàíà ðàçóìíûìè îáèòàòåëÿìè äëÿ îáåñïå÷åíèÿ âîäîé ïîâåðõíîñòè ïëàíåòû çà ñ÷åò ñåçîííîãî òàÿíèÿ ñíåãîâûõ ïîëÿðíûõ øàïîê. Òåìíûå ëèíåéíûå ñòðóêòóðû, øèðèíà êîòîðûõ âàðüèðóåò îò 12 äî 120 êì, - ïîëîñû ìàðñèàíñêîé ðàñòèòåëüíîñòè. Ìíîãî÷èñëåííûå îàçèñû - òåìíûå îêðóãëûå îáðàçîâàíèÿ íà ïåðåêðåñòêàõ êàíàëîâ - ãîðîäà, íàñåëåííûå ðàçóìíûìè ñóùåñòâàìè.

Áîëüøîé îáúåì íîâûõ äàííûõ, ñîáðàííûõ Ëîóýëëîì, áåçóïðå÷íàÿ ëîãèêà â èõ èíòåðïðåòàöèè è áëåñòÿùèé ñòèëü íàïèñàíèÿ êíèãè ñäåëàëè ãèïîòåçó ñóùåñòâîâàíèÿ íà Ìàðñå ðàñòèòåëüíîñòè è âûñîêîðàçâèòîé öèâèëèçàöèè âåñüìà ïîïóëÿðíîé êàê â íàó÷íûõ êðóãàõ, òàê è ñðåäè øèðîêèõ ñëîåâ ÷èòàþùåé ïóáëèêè. Ðîññèéñêèé àñòðîíîì Ã.À.Òèõîâ (1875-1960) è äðóãèå èññëåäîâàòåëè ïðîâåëè ìíîãî÷èñëåííûå ñïåêòðîôîòîìåòðè÷åñêèå íàáëþäåíèÿ è ïðèøëè ê âûâîäó, ÷òî ñåçîííûå èçìåíåíèÿ îêðàñêè íåêîòîðûõ ó÷àñòêîâ ïîâåðõíîñòè - ñëåäñòâèå ñåçîííîãî ðàçâèòèÿ ìàðñèàíñêîé ðàñòèòåëüíîñòè.

Òàêèì îáðàçîì, ê íà÷àëó 50-õ ãîäîâ, êîãäà íà÷àëè ñîçäàâàòüñÿ ïåðâûå ïðîãðàììû èçó÷åíèÿ Ìàðñà ñ ïîìîùüþ àâòîìàòè÷åñêèõ ìåæïëàíåòíûõ ñòàíöèé, ñóùåñòâîâàëè íàó÷íûå òåîðèè ôóíêöèîíèðîâàíèÿ íà Ìàðñå âûñøèõ ôîðì æèçíè - ðàñòèòåëüíîãî ïîêðîâà è ñîîáùåñòâà ðàçóìíûõ ñóùåñòâ, ïîñòðîèâøèõ ãèãàíòñêóþ èððèãàöèîííóþ ñèñòåìó òðàíñìàðñèàíñêèõ êàíàëîâ.

Ñòðàòåãèÿ ìèññèè «Âèêèíã»

Îñíîâîé ñòðàòåãèè ïîèñêîâ æèçíè íà Ìàðñå ìèññèè «Âèêèíã» ñòàëè ðåçóëüòàòû èçó÷åíèÿ ýòîé ïëàíåòû â õîäå ñîâåòñêîé ïðîãðàììû «Ìàðñ» (1962-1974) è àìåðèêàíñêîé - «Ìàðèíåð» (1963-1971).  îòëè÷èå îò èññëåäîâàíèé ïðåäûäóùåãî ïåðèîäà, êîãäà îñíîâíàÿ èíôîðìàöèÿ î Êðàñíîé ïëàíåòå ñîáèðàëàñü ïóòåì èçó÷åíèÿ ñ ïîâåðõíîñòè Çåìëè, äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïðèíöèïèàëüíî èíîé èíôîðìàöèè áûëè èñïîëüçîâàíû àâòîìàòè÷åñêèå ìåæïëàíåòíûå ñòàíöèè, îñíàùåííûå êîìïëåêñàìè íîâåéøåé èçìåðèòåëüíîé è òåëåâèçèîííîé àïïàðàòóðû è ìîùíûìè áûñòðîäåéñòâóþùèìè ñèñòåìàìè ïåðåäà÷è äàííûõ íà Çåìëþ.

Áîëüøàÿ ÷àñòü àâòîìàòè÷åñêèõ ñòàíöèé «Ìàðñ» è «Ìàðèíåð» âåëà íàáëþäåíèÿ â ïðîëåòíîì ðåæèìå, ïðè÷åì ìàêñèìàëüíîå ïðèáëèæåíèå ê ïîâåðõíîñòè ñîñòàâëÿëî 3-3.5 òûñ. êì. Ñ òàêèõ ðàññòîÿíèé íà ôîòîãðàôèÿõ ìîæíî óæå ðàçëè÷èòü äåòàëè ðàçìåðîì îêîëî 1 êì, â òî âðåìÿ êàê ïðè èñïîëüçîâàíèè ñàìûõ ñîâåðøåííûõ òåëåñêîïîâ íàçåìíûõ îáñåðâàòîðèé óäàâàëîñü âèäåòü îòäåëüíûå ýëåìåíòû ïîâåðõíîñòè ðàçìåðîì 60-120 êì.

Åùå áîëåå äåòàëüíàÿ èíôîðìàöèÿ ïîëó÷åíà ñ èñêóññòâåííûõ ñïóòíèêîâ, äîñòàâëåííûõ íà îêîëîìàðñèàíñêóþ îðáèòó ìåæïëàíåòíûìè ñòàíöèÿìè «Ìàðñ-2 è -3» è «Ìàðèíåð-9». Íàêîíåö, â íà÷àëå 70-õ ãîäîâ ê Ìàðñó áûëè íàïðàâëåíû àâòîìàòè÷åñêèå ìåæïëàíåòíûå ñòàíöèè.  èõ ñîñòàâ âõîäèëè íå òîëüêî îðáèòàëüíûå ìîäóëè, íî è ïîñàäî÷íûå áëîêè, êîòîðûå ïðîâåëè êîìïëåêñ ãåîôèçè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé è òåëåâèçèîííóþ ñúåìêó ðàéîíà ïîñàäêè.

Èç îãðîìíîãî êîëè÷åñòâà íîâîãî ìàòåðèàëà, ïîëó÷åííîãî àâòîìàòè÷åñêèìè ñòàíöèÿìè çà 15 ëåò äî ïîëåòà «Âèêèíãîâ», ïîïðîáóåì âûäåëèòü äàííûå, êàñàþùèåñÿ ïðîáëåìû ïîèñêîâ æèçíè è èñïîëüçîâàííûå ïðè ðàçðàáîòêå ñòðàòåãèè ýêñïåðèìåíòîâ ïî îáíàðóæåíèþ æèâûõ îðãàíèçìîâ â õîäå ìèññèè «Âèêèíãîâ».

Àíàëèç ôîòîãðàôèé ïîâåðõíîñòè, ÷èñëî êîòîðûõ òîëüêî â ðåçóëüòàòå ðàáîòû ýêñïåäèöèè «Ìàðèíåð-9» ïðåâûñèëî 7300, ïðèâåë ê âûâîäó îá îòñóòñòâèè âûñøèõ ôîðì æèçíè (æèâîòíûõ è âûñøèõ ðàñòåíèé) íà Ìàðñå. Íèêàêèõ ïðèçíàêîâ êàíàëîâ, îàçèñîâ è ñêîïëåíèé ðàñòèòåëüíîñòè íà ñàìûõ äåòàëüíûõ ñíèìêàõ óâèäåòü íå óäàëîñü. Ýòîò âûâîä ïîëíîñòüþ ïîäòâåðäèëñÿ ìàòåðèàëàìè êëèìàòè÷åñêèõ è àòìîñôåðíûõ èññëåäîâàíèé. Ïîëîæèòåëüíûå òåìïåðàòóðû íà ïîâåðõíîñòè ìàðñèàíñêîé «ïî÷âû» îòìå÷àëèñü ëèøü â óçêîé ïðèýêâàòîðèàëüíîé ïîëîñå è òîëüêî ëåòíèìè äíÿìè. Âîäó îïðåäåëèëè òîëüêî â àòìîñôåðå â ïàðîîáðàçíîì ñîñòîÿíèè è î÷åíü íèçêîé êîíöåíòðàöèè.

 íàçåìíûõ óñëîâèÿõ ïîõîæàÿ ýêîëîãè÷åñêàÿ îáñòàíîâêà íàáëþäàåòñÿ òîëüêî â ïîëÿðíûõ ïóñòûíÿõ Àíòàðêòèäû, ãäå îòñóòñòâóåò ôàóíà, à ôëîðà ïðåäñòàâëåíà ëèøü íèçøèìè ôîðìàìè: ìõàìè, ëèøàéíèêàìè, áàêòåðèÿìè è ìèöåëèàëüíûìè ãðèáàìè. Èìåííî ïîýòîìó îñíîâíûå íàçåìíûå ýêñïåðèìåíòû, âõîäèâøèå â ïðîãðàììó ïîäãîòîâêè áèîëîãè÷åñêîé ïðîãðàììû ìèññèè «Âèêèíã», ïðîâîäèëèñü â Àíòàðêòèäå ïîä ðóêîâîäñòâîì ïðîôåññîðà Â.Âèøíÿêà, ãäå îí òðàãè÷åñêè ïîãèá â îäíîé èç ýêñïåäèöèé.

Íåñìîòðÿ íà ÿâíóþ áåçíàäåæíîñòü ïîïûòîê îáíàðóæèòü âûñøèå æèâûå îðãàíèçìû, ðàáîòû ïî ïîèñêó íèçøèõ ôîðì æèçíè ðåøåíî áûëî ïðîäîëæèòü, è ýòà ÷àñòü ïðîãðàììû «Âèêèíã» âûãëÿäåëà îñîáåííî èíòðèãóþùåé. Òåì áîëåå ìàòåðèàëû, ïîëó÷åííûå ñ èñêóññòâåííûõ ñïóòíèêîâ è ïîñàäî÷íûõ ìîäóëåé, ïîêàçûâàëè, ÷òî â ãåîëîãè÷åñêîì ïðîøëîì êëèìàò Ìàðñà íå áûë ñòîëü ñóðîâûì, êàê ñåé÷àñ. Íà ôîòîñíèìêàõ, ñäåëàííûõ èñêóññòâåííûì ñïóòíèêîì, êîòîðûé áûë äîñòàâëåí «Ìàðèíåðîì-9» (à ïîòîì è íà ñíèìêàõ, âûïîëíåííûõ îðáèòàëüíûì ìîäóëåì ìèññèè «Âèêèíã»), îáíàðóæåíû âûñîõøèå ðóñëà ðåê ñ õîðîøî ðàçâèòûìè ñèñòåìàìè ïðèòîêîâ, ñ îñòðîâàìè è âîäîåìàìè êîíå÷íîãî ñòîêà. Ýòî ìîæåò ñâèäåòåëüñòâîâàòü î òîì, ÷òî â ïðîøëîì òàì áûëî äîñòàòî÷íîå êîëè÷åñòâî âîäû, ñëåäîâàòåëüíî, êëèìàò áûë áîëåå ìÿãêèé, à àòìîñôåðà áîëåå ïëîòíàÿ. Ïðèâåäåííûå äàííûå è ñõîäñòâî ôîðìèðîâàíèÿ è ãåîëîãè÷åñêîé ýâîëþöèè Çåìëè è Ìàðñà ïîçâîëÿëè ïðåäïîëàãàòü, ÷òî íà ðàííèõ ýòàïàõ ñóùåñòâîâàíèÿ Ìàðñà ïðîöåññû âîçíèêíîâåíèÿ æèçíè ìîãëè ïðîèñõîäèòü òàê æå, êàê è íà íàøåé ïëàíåòå.

Ñóõîå ðóñëî äðåâíåé ìàðñèàíñêîé ðåêè Íåðãàë ñ ïðèòîêàìè äëèíîé îêîëî 400 êì. Ñíèìîê ÍÀÑÀ

Êðîìå ñåòè ðå÷íûõ ïàëåîðóñåë íà ïîâåðõíîñòè Êðàñíîé ïëàíåòû õîðîøî âèäíû ìíîãî÷èñëåííûå ãîðû è ðàçëè÷íûå êðàòåðû - âóëêàíè÷åñêîãî è óäàðíîãî ïðîèñõîæäåíèÿ; ïîñëåäíèå îáðàçîâàëèñü ïðè ïàäåíèè ìåòåîðèòîâ. Íàïðèìåð, õîðîøî ðàçëè÷èìû ìåëêèå ñòðóêòóðû íà äíå êàëüäåðû äðåâíåãî âóëêàíà Àïîëëèíàðèóñ Ïàòåðà.

Êàëüäåðà ìàðñèàíñêîãî âóëêàíà Àïîëëèíàðèóñ Ïàòåðà.
Õîðîøî âèäíû ïîòîêè ëàâû íà ñêëîíàõ âóëêàíà è ìíîãî÷èñëåííûå
óäàðíûå êðàòåðû â êàëüäåðå è íà ñêëîíàõ. Ñíèìîê ÍÀÑÀ

 ãåîëîãè÷åñêîé èñòîðèè Ìàðñà, êàê è â èñòîðèè Çåìëè, áûë ïåðèîä èíòåíñèâíîé âóëêàíè÷åñêîé äåÿòåëüíîñòè, ñîïðîâîæäàâøèéñÿ âûáðîñîì â àòìîñôåðó óãëåêèñëîòû, âîäÿíûõ ïàðîâ è âîññòàíîâëåííûõ ëåòó÷èõ êîìïîíåíòîâ (ÑÍ4, Í2, NH3, H2S). Ñëåäîâàòåëüíî, ïàëåîàòìîñôåðà ïëàíåòû èçíà÷àëüíî áûëà âîññòàíîâëåííîé. Î òîì æå, ÷òî íà ñìåíó åé ïðèøëà îêèñëåííàÿ (êèñëîðîäñîäåðæàùàÿ), îäíîçíà÷íî ñâèäåòåëüñòâóþò îðàíæåâûå è êîðè÷íåâàòî-êðàñíûå òîíà ñîâðåìåííîé ïîâåðõíîñòè, îáóñëîâëåííûå ïîâûøåííîé êîíöåíòðàöèåé îêèñëîâ æåëåçà â âåðõíåì ñëîå «ïî÷âû». Îáîáùåíèå ðàçíîîáðàçíûõ äàííûõ, ïîëó÷åííûõ îðáèòàëüíûìè è ïîñàäî÷íûìè áëîêàìè «Ìàðñà» è «Ìàðèíåðà», ïðèâåëî êîìàíäó Âèøíÿêà ê ôîðìóëèðîâêå îñíîâíûõ âûâîäîâ è âûòåêàþùèõ èç íèõ çàäà÷ áèîëîãè÷åñêîé ÷àñòè ïðîãðàììû «Âèêèíã»:

-ñõîäíûå óñëîâèÿ ôîðìèðîâàíèÿ è ãåîëîãè÷åñêîé èñòîðèè äâóõ ñîñåäíèõ ïëàíåò - Çåìëè è Ìàðñà - ïîçâîëÿþò ïîëàãàòü, ÷òî æèçíü íà Ìàðñå âîçíèêëà ïðèìåðíî â òî æå âðåìÿ, ÷òî è íà Çåìëå. Ñëåäîâàòåëüíî, ïîèñêè ñîâðåìåííûõ èëè èñêîïàåìûõ îðãàíèçìîâ íà Ìàðñå íå âûãëÿäÿò áåñïåðñïåêòèâíûìè;

-ó÷èòûâàÿ êðàéíå ñóðîâûå ýêîëîãè÷åñêèå óñëîâèÿ íà ñîâðåìåííîì ýòàïå ýâîëþöèè Ìàðñà, äàæå áîëåå ñóðîâûå, ÷åì â ïîëÿðíûõ ïóñòûíÿõ Àíòàðêòèäû, ñëåäóåò îðèåíòèðîâàòüñÿ íà ïîèñê òîëüêî íèçøèõ ôîðì îðãàíèçìîâ: áàêòåðèé, ëèøàéíèêîâ, íèçøèõ âîäîðîñëåé. Ïîèñêè ñëåäóåò âåñòè â íàèáîëåå ïðîãðåâàåìûõ «ïî÷âàõ» ýêâàòîðèàëüíîé çîíû Ìàðñà;

-ïðèíèìàÿ âî âíèìàíèå òîò ôàêò, ÷òî íà Çåìëå ìàêñèìàëüíàÿ ïëîòíîñòü íèçøèõ îðãàíèçìîâ îáíàðóæèâàåòñÿ â ïîâåðõíîñòíûõ ãîðèçîíòàõ ïî÷âû, ïåðâîî÷åðåäíîé èíòåðåñ ïðåäñòàâëÿåò èçó÷åíèå ñàìûõ âåðõíèõ ãîðèçîíòîâ Ìàðñà è ïîèñê â íèõ êàê ôîòîàâòîòðîôíûõ, òàê è ãåòåðîòðîôíûõ îðãàíèçìîâ, âåðíåå ñêàçàòü, íå ñàìèõ îðãàíèçìîâ, à ñëåäîâ èõ ìåòàáîëè÷åñêîé àêòèâíîñòè (æèçíåäåÿòåëüíîñòè).

Íà óðîâíå èìåâøèõñÿ ê 1975 ã. ðåçóëüòàòîâ èçó÷åíèÿ Ìàðñà âñå òðè âûâîäà è òðè âûòåêàþùèå èç íèõ çàäà÷è âûãëÿäÿò ëîãè÷åñêè îáîñíîâàííûìè. Ýòîãî íå ñêàæåøü, îäíàêî, îá åùå îäíîì - ÷åòâåðòîì ïóíêòå, à èìåííî: îá îðèåíòàöèè íà ïîèñê òîëüêî àýðîáíûõ îðãàíèçìîâ (ñïîñîáíûõ æèòü è ðàçâèâàòüñÿ òîëüêî â êèñëîðîäíîé ñðåäå). Óæå âî âðåìÿ ïîäãîòîâêè ýêñïåäèöèè «Âèêèíã» áûëî èçâåñòíî, ÷òî ñîäåðæàíèå êèñëîðîäà â àòìîñôåðå Ìàðñà íå ïðåâûøàåò 0.1-0.4%, ïîýòîìó êàçàëîñü áîëåå ëîãè÷íûì âêëþ÷èòü â ïðîãðàììó ïîèñê àíàýðîáíûõ ìèêðîîðãàíèçìîâ (ñïîñîáíûõ æèòü è ðàçâèâàòüñÿ ïðè îòñóòñòâèè â ñðåäå ñâîáîäíîãî êèñëîðîäà). Îäíàêî ýòî íå áûëî ïðåäóñìîòðåíî.

Ðåçóëüòàòû è óðîêè ìèññèè «Âèêèíã»

Äëÿ ïîèñêà ñëåäîâ ìåòàáîëè÷åñêîé àêòèâíîñòè àýðîáíûõ ãåòåðîòðîôíûõ è ôîòîàâòîòðîôíûõ ìèêðîîðãàíèçìîâ â ïîâåðõíîñòíûõ ãîðèçîíòàõ ìàðñèàíñêîé «ïî÷âû» áûëè èñïîëüçîâàíû ñëåäóþùèå ìåòîäû.

Äëÿ îáíàðóæåíèÿ ïðîöåññà ôîòîñèíòåçà îáðàçåö ãðóíòà óâëàæíÿëè è ïîìåùàëè â îñâåùåííóþ ÿ÷åéêó. Êîíòðîëåì ñëóæèë òåìíûé îáðàçåö. Î íàëè÷èè ôîòîñèíòåçà ñóäèëè ïî âûäåëåíèþ êèñëîðîäà â îñâåùåííîé ÿ÷åéêå.

Âî âòîðîì âàðèàíòå â àòìîñôåðó íàä óâëàæíåííûì îáðàçöîì äîáàâëÿëè ÑÎ2 è ÑÎ, ìå÷åííûå ðàäèîàêòèâíûì óãëåðîäîì 14Ñ. Ïî îêîí÷àíèè ýêñïåðèìåíòà ãðóíò ïîìåùàëè â ïèðîëèòè÷åñêóþ ÿ÷åéêó è ïðîâîäèëè îïåðàöèþ ñòóïåí÷àòîãî ñæèãàíèÿ îðãàíè÷åñêîãî âåùåñòâà äî ÑÎ2.  ïðèñóòñòâèè àêòèâíûõ ôîòîñèíòåòèêîâ ÷àñòü ìå÷åíîãî óãëåðîäà èç 14ÑÎ2 è 14ÑÎ äîëæíà âêëþ÷àòüñÿ â îðãàíè÷åñêîå âåùåñòâî áèîìàññû.

Äëÿ îïðåäåëåíèÿ âîçìîæíîé ôèçèîëîãè÷åñêîé äåÿòåëüíîñòè ãåòåðîòðîôíûõ áàêòåðèé òàêæå ïðèìåíÿëñÿ ðàäèîèçîòîïíûé ìåòîä. Îáðàçöû ãðóíòà óâëàæíÿëèñü ïèòàòåëüíîé ñðåäîé, â ñîñòàâ êîòîðîé âõîäèëè íèçêîìîëåêóëÿðíûå îðãàíè÷åñêèå âåùåñòâà, ìå÷åííûå óãëåðîäîì 14Ñ.  ñëó÷àå ïðèñóòñòâèÿ â ãðóíòå æèçíåñïîñîáíûõ ãåòåðîòðîôíûõ áàêòåðèé, îêèñëÿþùèõ äîáàâëåííûå îðãàíè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ, â ãàçîâîé ôàçå äîëæåí ïîÿâëÿòüñÿ 14ÑÎ2. Êîíòðîëåì ñëóæèëè ïðîñòåðèëèçîâàííûå îáðàçöû.

Ïåðå÷èñëåííûå ìåòîäû ìíîãîêðàòíî èñïîëüçîâàëèñü â íàçåìíûõ óñëîâèÿõ íà ðàçíûõ îáðàçöàõ ãðóíòà è ïî÷âû, îòîáðàííûõ ãëàâíûì îáðàçîì â Àíòàðêòèäå. Áûëè ïîëó÷åíû õàðàêòåðíûå êðèâûå âûäåëåíèÿ êèñëîðîäà è ïîòðåáëåíèÿ 14ÑÎ2 ïðè ôîòîñèíòåçå è âûäåëåíèÿ 14ÑÎ2 ïðè áàêòåðèàëüíîì îêèñëåíèè ðàäèîàêòèâíî ìå÷åíûõ îðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé.

Ëåãêî ïðåäñòàâèòü âîëíåíèå èññëåäîâàòåëåé, îæèäàâøèõ íà÷àëà çàäóìàííûõ ýêñïåðèìåíòîâ íà ïîâåðõíîñòè Ìàðñà, çà êîòîðûìè îíè ñëåäèëè èç Öåíòðà äàëüíåé êîñìè÷åñêîé ñâÿçè íà Çåìëå.

È âîò íà ýêðàíàõ ïîÿâëÿþòñÿ ïåðâûå ðåçóëüòàòû. Èç óâëàæíåííîãî ãðóíòà â îñâåùåííîé ÿ÷åéêå âûäåëÿåòñÿ êèñëîðîä, â ýêñïåðèìåíòå ñ ðàäèîàêòèâíî ìå÷åííûìè îðãàíè÷åñêèìè ñîåäèíåíèÿìè èäåò èíòåíñèâíîå âûäåëåíèå ðàäèîàêòèâíîãî óãëåêèñëîãî ãàçà. Çíà÷èò, çàäà÷à ðåøåíà?  ãðóíòå Ìàðñà ïðèñóòñòâóþò è ôîòîñèíòåòèêè è ãåòåðîòðîôû? Îäíàêî õàðàêòåð êðèâûõ âûäåëåíèÿ è Î2, è 14ÑÎ2 ñîâñåì èíîé, ÷åì ýòî áûëî â çåìíûõ îáðàçöàõ. Âûäåëåíèå ãàçîâ ïðîèñõîäèò ñëèøêîì ñòðåìèòåëüíî â ïåðâûå æå ìèíóòû è áûñòðî ïðåêðàùàåòñÿ. Íåâîëüíî íàïðàøèâàåòñÿ âûâîä î òîì, ÷òî ýòî ðåçóëüòàòû ÷èñòî õèìè÷åñêèõ âçàèìîäåéñòâèé äîáàâëåííûõ âåùåñòâ ñ êàêèìè-òî êîìïîíåíòàìè ìàðñèàíñêîãî ãðóíòà, - à íå áèîõèìè÷åñêîé àêòèâíîñòè æèâûõ îðãàíèçìîâ.

Êðîìå òîãî, âûäåëåíèå êèñëîðîäà èç óâëàæíåííîãî ãðóíòà íàáëþäàåòñÿ íå òîëüêî íà ñâåòó, íî è â òåìíîâîì êîíòðîëå, à âûäåëåíèå ðàäèîàêòèâíîãî ÑÎ2 ïðîèñõîäèò íå òîëüêî â ñëó÷àå äîáàâêè îðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ ê àêòèâíîìó îáðàçöó, íî è â êîíòðîëüíîì âàðèàíòå ñî ñòåðèëèçîâàííûì ãðóíòîì, ãäå æèçíåñïîñîáíàÿ ìèêðîôëîðà äîëæíà ïîãèáíóòü ïðè íàãðåâàíèè.

Ñîìíåíèÿ â áèîëîãè÷åñêîé ïðèðîäå çàôèêñèðîâàííûõ ýôôåêòîâ ãàçîâûäåëåíèÿ îñîáåííî óñèëèâàþòñÿ, êîãäà ðàñøèôðîâûâàþòñÿ ðåçóëüòàòû îïðåäåëåíèÿ îðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ â ãðóíòå Ìàðñà ïðè èñïîëüçîâàíèè ìåòîäà ïèðîëèçà è ãàçî-õðîìàòîãðàôè÷åñêîãî àíàëèçà ïðîäóêòîâ ïèðîëèçà. Ýòîò ýêñïåðèìåíò ïîêàçûâàåò, ÷òî íèêàêèõ îðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé â ïðîáàõ ñ ïîâåðõíîñòè Ìàðñà íåò, à ñòàëî áûòü, íåò è êëåòîê ìèêðîîðãàíèçìîâ.

Àíàëèç âñåé ñîâîêóïíîñòè äàííûõ, ïîëó÷åííûõ áèîëîãè÷åñêèìè ìîäóëÿìè «Âèêèíãîâ», ïðèâåë àâòîðîâ ýòîé ïðîãðàììû ê âûâîäó î òîì, ÷òî â ïîâåðõíîñòíîì ñëîå ìàðñèàíñêîãî ãðóíòà ïðèñóòñòâóþò ïåðîêñèäíûå ñîåäèíåíèÿ æåëåçà [2]. Èìåííî îíè îêèñëÿëè äîáàâëåííûå â ãðóíò ðàäèîàêòèâíî ìå÷åííûå îðãàíè÷åñêèå âåùåñòâà äî óãëåêèñëîòû. Èìåííî èç íèõ âûäåëÿëñÿ êèñëîðîä ïðè íàãðåâàíèè îáðàçöîâ ãðóíòà è ïðè èõ óâëàæíåíèè. Îñòàåòñÿ íå ñîâñåì ÿñíûì, êàê ïîÿâèëèñü ýòè ïåðîêñèäíûå ñîåäèíåíèÿ, õîòÿ áîëüøèíñòâî èññëåäîâàòåëåé ïîëàãàåò, ÷òî îíè îáðàçîâàëèñü â ðåçóëüòàòå èíòåíñèâíîãî êîñìè÷åñêîãî îáëó÷åíèÿ ïîâåðõíîñòè Ìàðñà, àòìîñôåðà êîòîðîãî çíà÷èòåëüíî ìåíåå ïëîòíàÿ, ÷åì íà Çåìëå.

Íåãàòèâíàÿ èíòåðïðåòàöèÿ ðåçóëüòàòîâ áèîëîãè÷åñêèõ ýêñïåðèìåíòîâ ñ áîðòà «Âèêèíãîâ» ïðèâåëà ê ïðèîñòàíîâêå âñåõ ïðîãðàìì ïî ïîèñêó æèçíåñïîñîáíûõ ìèêðîîðãàíèçìîâ íà Ìàðñå. Áîëüøèíñòâî ýêçîáèîëîãîâ ïåðåêëþ÷èëîñü íà ïîèñêè èñêîïàåìûõ ôîðì.

Íå îòðèöàÿ îãðîìíîé íàó÷íîé çíà÷èìîñòè ýòîãî íàïðàâëåíèÿ ýêçîáèîëîãèè, ÿ òåì íå ìåíåå ïîëàãàþ, ÷òî ïðîáëåìà îáíàðóæåíèÿ æèçíåñïîñîáíûõ ìèêðîîðãàíèçìîâ íà Ìàðñå îñòàåòñÿ ÷ðåçâû÷àéíî àêòóàëüíîé. «Âèêèíãè» áûëè îðèåíòèðîâàíû íà ïîèñê ìèêðîîðãàíèçìîâ òîëüêî â îäíîé ìàðñèàíñêîé ýêîñèñòåìå, à èìåííî â âåðõíèõ ãîðèçîíòàõ «ïî÷â», ïîñêîëüêó â óñëîâèÿõ íàøåé ïëàíåòû èìåííî òàì îáèòàåò íàèáîëåå ìíîãî÷èñëåííîå è ðàçíîîáðàçíîå ìèêðîáíîå ñîîáùåñòâî. Íàèáîëåå ìíîãî÷èñëåííîå è íàèáîëåå ðàçíîîáðàçíîå, íî íå åäèíñòâåííîå.

Åùå â ïåðâîé ïîëîâèíå XX â. óñèëèÿìè ðîññèéñêèõ è àìåðèêàíñêèõ ìèêðîáèîëîãîâ áûëî ïîêàçàíî, ÷òî ðàçëè÷íûå, ãëàâíûì îáðàçîì àíàýðîáíûå ìèêðîîðãàíèçìû íàñåëÿþò ïîäçåìíûå âîäû è îñàäî÷íûå ïîðîäû íàøåé ïëàíåòû âïëîòü äî ãëóáèí â íåñêîëüêî êèëîìåòðîâ.

Ïîäïîâåðõíîñòíàÿ ìèêðîáèîëîãèÿ

Ïåðâûå ðåçóëüòàòû ïî èçó÷åíèþ ðàñïðîñòðàíåíèÿ ìèêðîîðãàíèçìîâ â ïîäïîâåðõíîñòíûõ îñàäî÷íûõ ïîðîäàõ âûçûâàëè ìíîãî âîïðîñîâ. Ìàòåðèàëîì ÿâëÿëñÿ êåðí áóðîâûõ ñêâàæèí, è îí ìîã çàãðÿçíÿòüñÿ ìèêðîôëîðîé áóðîâûõ ðàñòâîðîâ. Áîëåå òùàòåëüíî ïðîâåäåííûå ðàáîòû ïîñëåäíèõ äâóõ äåñÿòèëåòèé ïîçâîëèëè, îäíàêî, ïîêàçàòü, ÷òî â êåðíå ñïåöèàëüíî ïðîáóðåííûõ ñêâàæèí òàêæå ïðèñóòñòâóåò æèçíåñïîñîáíàÿ ìèêðîôëîðà, íàõîäÿùàÿñÿ â ñîñòîÿíèè ñâåðõäëèòåëüíîãî àíàáèîçà, ïðîäîëæèòåëüíîñòüþ êàê ìèíèìóì íåñêîëüêî ìèëëèîíîâ ëåò.

Ïåðâûå íàäåæíûå äàííûå î ñâåðõäëèòåëüíîì àíàáèîçå ìèêðîîðãàíèçìîâ ïîëó÷èë ñîòðóäíèê Èíñòèòóòà ìèêðîáèîëîãèè Ñ.Àáûçîâ [3]. Îí â òå÷åíèå 20 ëåò èññëåäîâàë ëåäÿíûå êåðíû íà ñîâåòñêîé àíòàðêòè÷åñêîé ñòàíöèè «Âîñòîê» èç ñêâàæèíû, êîòîðàÿ áóðèëàñü ïðè ïîìîùè òåðìîáóðà è áåç ïðèìåíåíèÿ ðàñòâîðîâ. Ñ ïîìîùüþ ñïåöèàëüíîãî ïðîáîîòáîðíèêà òàëàÿ âîäà îòáèðàëàñü èç öåíòðàëüíîé ÷àñòè ëåäÿíîãî êåðíà. Îíà èñïîëüçîâàëàñü äëÿ ïîñåâà íà ðàçëè÷íûå ïèòàòåëüíûå ñðåäû è îïðåäåëåíèÿ êîëè÷åñòâà êëåòîê ìåòîäîì ïðÿìîãî ñ÷åòà.

Ïðîâåäåííûå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî æèçíåñïîñîáíûå êëåòêè ìèêðîîðãàíèçìîâ îáíàðóæèâàþò â êåðíàõ äî ãëóáèíû áîëåå 3 òûñ. ì îò ïîâåðõíîñòè ëåäíèêà, à âîçðàñò èõ ïðåâûøàåò 400 òûñ. ëåò. Ðåçóëüòàòû Àáûçîâà áûëè ïîäòâåðæäåíû è äâóìÿ ãðóïïàìè àìåðèêàíñêèõ èññëåäîâàòåëåé, êîòîðûå òàêæå îáíàðóæèëè æèçíåñïîñîáíóþ ìèêðîôëîðó è ìèêðîáíûå áèîìàðêåðû â àíàëîãè÷íûõ îáðàçöàõ.

Êîëè÷åñòâî êëåòîê ìèêðîîðãàíèçìîâ â êåðíàõ ëåäÿíîãî ùèòà Àíòàðêòèäû áûëî íåâåëèêî, ïîñêîëüêó ýòà ìèêðîôëîðà ïîïàäàëà â Àíòàðêòèäó ïóòåì ýîëîâîãî ïåðåíîñà âìåñòå ñ ÷àñòè÷êàìè ïûëè. Çíà÷èòåëüíî áîëüøèå êîëè÷åñòâà æèçíåñïîñîáíûõ êëåòîê îáíàðóæåíû ñîòðóäíèêàìè ëàáîðàòîðèè Ä.Ãåëè÷èíñêîãî, êîòîðûå â òå÷åíèå äëèòåëüíîãî âðåìåíè èçó÷àëè ðàñïðîñòðàíåíèå ìèêðîîðãàíèçìîâ â êåðíàõ ìåðçëûõ ãðóíòîâ è îñàäî÷íûõ ïîðîä Âîñòî÷íîé Ñèáèðè (òàáë.1) è Àíòàðêòèäû [4].

Ðàçíîîáðàçíûå ìèêðîîðãàíèçìû è âîäîðîñëè îïðåäåëåíû â ãðóíòàõ è ïîðîäàõ, âîçðàñò êîòîðûõ äîñòèãàë 3-5 ìëí ëåò, ïðè÷åì ýòè ïîðîäû ïîñòîÿííî íàõîäèëèñü â çàìîðîæåííîì ñîñòîÿíèè, ÷òî ãàðàíòèðîâàëî èõ îò çàãðÿçíåíèÿ ìèêðîôëîðîé ãðóíòîâûõ âîä.

Ïîñëåäíèå 10-15 ëåò â ÑØÀ, Ðîññèè, Øâåöèè è äðóãèõ ñòðàíàõ ïðîâîäèëèñü øèðîêîìàñøòàáíûå èññëåäîâàíèÿ ðàñïðîñòðàíåíèÿ æèçíåñïîñîáíûõ ìèêðîîðãàíèçìîâ â ïîðîäàõ ðàçëè÷íîãî ãåîëîãè÷åñêîãî âîçðàñòà. Ïðèíèìàëèñü ñïåöèàëüíûå ìåðû äëÿ êîíòðîëÿ çàãðÿçíåíèÿ áóðîâîãî êåðíà ìèêðîôëîðîé áóðîâûõ ðàñòâîðîâ. Ãëàâíûé âûâîä ýòèõ ðàáîò çàêëþ÷àëñÿ â òîì, ÷òî æèçíåñïîñîáíàÿ ìèêðîôëîðà âñòðå÷àëàñü ïî âñåìó ðàçðåçó îñàäî÷íûõ ïîðîä, âïëîòü äî ñàìûõ äðåâíèõ.

Áîëåå òîãî, â ïîðèñòûõ è òðåùèíîâàòûõ ïîðîäàõ, íàñûùåííûõ ïëàñòîâûìè âîäàìè, ìèêðîîðãàíèçìû íå òîëüêî æèçíåñïîñîáíû, íî è ãåîõèìè÷åñêè àêòèâíû.  êà÷åñòâå îäíîãî èç íàèáîëåå õîðîøî èçó÷åííûõ îáúåêòîâ ìîæíî óêàçàòü íà äåâîíñêèå (410-350 ìëí ëåò) íåôòåíîñíûå ïåñ÷àíèêè Ðîññèè, â êîòîðûõ âûÿâëåíû àêòèâíûå ìèêðîáèîëîãè÷åñêèå ïðîöåññû, âûçûâàåìûå àíàýðîáíûìè ñóëüôàòðåäóêòîðàìè è ìåòàíîãåíàìè [5].

 áîëüøèíñòâå óïîìÿíóòûõ âûøå èññëåäîâàíèé èçó÷àëîñü ðàñïðîñòðàíåíèå ãåòåðîòðîôíûõ ìèêðîîðãàíèçìîâ, õîðîøî ðàñòóùèõ íà ëàáîðàòîðíûõ ïèòàòåëüíûõ ñðåäàõ, à îñíîâíûìè îáúåêòàìè èçó÷åíèÿ áûëè êåðíû îñàäî÷íûõ ïîðîä ðàçëè÷íîãî âîçðàñòà èëè ïîäçåìíûå âîäû, öèðêóëèðóþùèå â íèõ.

Ãîðíûå ïîðîäû Ìàðñà ïðåäñòàâëåíû â îñíîâíîì èçâåðæåííûìè, ñîäåðæàíèå îðãàíè÷åñêîãî âåùåñòâà â íèõ ñóùåñòâåííî íèæå, ÷åì â îñàäî÷íûõ, è, ñëåäîâàòåëüíî, óñëîâèÿ ñóùåñòâîâàíèÿ äëÿ ãåòåðîòðîôíûõ áàêòåðèé ìåíåå áëàãîïðèÿòíû. Äëÿ ïîíèìàíèÿ ïðåäåëîâ ôóíêöèîíèðîâàíèÿ ìèêðîîðãàíèçìîâ â ïîäïîâåðõíîñòíûõ ãîðèçîíòàõ Ìàðñà íåîáõîäèìî îñòàíîâèòüñÿ áîëåå äåòàëüíî íà ðàáîòàõ ïî ìèêðîôëîðå èçâåðæåííûõ ïîðîä.

Ïîäïîâåðõíîñòíûå àâòîòðîôíûå ýêîñèñòåìû

Äî íåäàâíåãî âðåìåíè î ìèêðîôëîðå èçâåðæåííûõ ïîðîä ìû ñóäèëè ëèøü ïî àíàëèçàì ìèêðîáíîãî íàñåëåíèÿ ãîðÿ÷èõ èñòî÷íèêîâ. Ïðè ýòîì âñåãäà ñóùåñòâîâàëà îïàñíîñòü ïîëó÷èòü èñêàæåííûå ðåçóëüòàòû çà ñ÷åò ñìåøåíèÿ ãëóáèííûõ íàãðåòûõ àíàýðîáíûõ ðàñòâîðîâ ñ ãðóíòîâûìè âîäàìè, èìåþùèìè ñîâåðøåííî èíóþ, â îñíîâíîì àýðîáíóþ ìèêðîôëîðó. Ñèòóàöèÿ ñóùåñòâåííî èçìåíèëàñü, êîãäà â ÑØÀ, Øâåöèè, Øâåéöàðèè è ðÿäå äðóãèõ ñòðàí íà÷àëèñü ðàáîòû ïî ñîçäàíèþ ïîäçåìíûõ õðàíèëèù ðàäèîàêòèâíûõ îòõîäîâ. Íàèáîëåå ïîäõîäÿùèå âìåñòèëèùà äëÿ òàêîãî õðàíåíèÿ - êðóïíûå ìàññèâû áàçàëüòîâ Ôåíîñêàíäèíàâñêîãî ùèòà è áàññåéíà ð.Êîëóìáèÿ (Êîëóìáèà Ðèâåð, ÑØÀ).

Íåñìîòðÿ íà òî ÷òî ñîäåðæàíèå îðãàíè÷åñêîãî âåùåñòâà è â ïîðîäàõ, è â âîäå êðàéíå íèçêîå, Ï.Ïåäåðñîí è åãî ñîòðóäíèêè óñòàíîâèëè â âîäîíîñíûõ ãîðèçîíòàõ áàçàëüòîâ Âîñòî÷íîé Øâåöèè ìíîãî÷èñëåííóþ è ðàçíîîáðàçíóþ ìèêðîôëîðó.  íàèáîëåå ãëóáîêèõ ãîðèçîíòàõ çàìåòíî ïðåîáëàäàëè àíàýðîáíûå ìèêðîîðãàíèçìû: ñóëüôàòðåäóêòîðû, ìåòàíîãåíû è àöåòîãåíû. ×èñëåííîñòü ìåòàíîãåíîâ, íàïðèìåð, äîñòèãàëà 60-80% îò îáùåé ÷èñëåííîñòè ìèêðîáîâ, ó÷èòûâàåìûõ ïðÿìûì ñ÷åòîì. Îáíàðóæåíèå èçîòîïíî ëåãêèõ ñóëüôèäîâ è ðàñòâîðåííîãî â âîäå ìåòàíà (äî 4 ìë/ë) ïîçâîëÿåò ãîâîðèòü î òîì, ÷òî ïî êðàéíåé ìåðå ñóëüôàòðåäóêòîðû è ìåòàíîãåíû àêòèâíî ôóíêöèîíèðóþò â ïîäçåìíîé ýêîñèñòåìå áàçàëüòîâûõ ïîðîä. Îñíîâíûì äîíîðîì ýëåêòðîíîâ äëÿ àâòîòðîôíûõ àíàýðîáíûõ áàêòåðèé öèêëà ñåðû è óãëåðîäà ñëóæèò âîäîðîä, ñîäåðæàíèå êîòîðîãî ñîñòàâëÿåò â ïðîáàõ ïîäçåìíîé âîäû 3.8 - 4.6 ìë/ë.
 

Èçîòîïíûé ñîñòàâ óãëåðîäà áèêàðáîíàòà ïîäçåìíûõ âîä áàçàëüòîâûõ âîäîíîñíûõ ãîðèçîíòîâ áàññåéíà Êîëóìáèà Ðèâåð (ÑØÀ). Ïî ìåðå óãëóáëåíèÿ â òîëùó áàçàëüòîâûõ ïîðîä óãëåðîä áèêàðáîíàòà îáîãàùàåòñÿ èçîòîïîì 13Ñ (ñëåâà). Îáîãàùåíèå ïîäçåìíûõ âîä èçîòîïîì 13Ñ ïî ìåðå óìåíüøåíèÿ â íèõ ñîäåðæàíèÿ áèêàðáîíàòà (ñïðàâà).
Ïîõîæàÿ ñèòóàöèÿ îïèñàíà Ò.Ñòèâåíñîì è Äæ.Ìàê-Êèíëè [6], êîòîðûå èçó÷àëè âîäîíîñíûå ãîðèçîíòû áàçàëüòîâûõ ïîðîä â ìàññèâå Êîëóìáèà Ðèâåð. Ñîäåðæàíèå ìåòàíà â îáñëåäîâàííûõ âîäàõ äîõîäèëî äî 160 ìêÌ, à âîäîðîäà - äî 110 ìêM. Êàê âèäíî èç äàííûõ, ïðèâåäåííûõ â òàáë.2, ÷èñëåííîñòü àâòîòðîôíûõ àíàýðîáîâ, èñïîëüçóþùèõ âîäîðîä â êà÷åñòâå äîíîðà ýëåêòðîíîâ (ò.å. ñóëüôàòðåäóêòîðîâ, ìåòàíîãåíîâ è àöåòîãåíîâ), ïðåâûøàåò ÷èñëåííîñòü ãåòåðîòðîôíûõ ïðåäñòàâèòåëåé ýòèõ æå ãðóïï áàêòåðèé. Èçîòîïíûé ñîñòàâ óãëåðîäà áèêàðáîíàòà ïîäçåìíûõ âîä äîâîëüíî óáåäèòåëüíî äîêàçûâàåò, ÷òî ïî ìåðå ïîòðåáëåíèÿ óãëåðîäà áèêàðáîíàòà â ïðîöåññå àâòîòðîôíîãî ìåòàíîãåíåçà ïðîèñõîäèò ñóùåñòâåííîå îáîãàùåíèå îñòàòî÷íîãî áèêàðáîíàòà òÿæåëûì èçîòîïîì 13Ñ, âïëîòü äî âåëè÷èí d13Ñ = 20‰.

Òàêèì îáðàçîì, äâå íåçàâèñèìûå ãðóïïû èññëåäîâàòåëåé, ðàáîòàâøèå â äâóõ ðàçíûõ ðåãèîíàõ íàøåé ïëàíåòû, ïðèøëè ê îäèíàêîâûì âûâîäàì: â ïîäïîâåðõíîñòíûõ óñëîâèÿõ â èçâåðæåííûõ ïîðîäàõ ñóùåñòâóþò àíàýðîáíûå àâòîòðîôíûå ñîîáùåñòâà ìèêðîîðãàíèçìîâ, àêòèâíîñòü êîòîðûõ íå çàâèñèò îò ôîòîñèíòåçà. Îñíîâíûì äîíîðîì ýëåêòðîíîâ ñëóæèò âîäîðîä, êîòîðûé ïîñòóïàåò ëèáî èç ãëóáèííûõ ìàãìàòè÷åñêèõ î÷àãîâ, ëèáî îáðàçóåòñÿ in situ ïðè âçàèìîäåéñòâèè áàçàëüòîâ è ïîäçåìíûõ âîä. Çäåñü íàèáîëåå âàæåí ïðîöåññ àâòîòðîôíîãî ìåòàíîãåíåçà, êîòîðûé ñîïðîâîæäàåòñÿ íàêîïëåíèåì ìåòàíà è îðãàíè÷åñêîãî âåùåñòâà (áèîìàññû áàêòåðèé), à òàêæå ñóùåñòâåííûì îáîãàùåíèåì îñòàòî÷íîãî áèêàðáîíàòà òÿæåëûì èçîòîïîì 13Ñ.

Íàì ïðåäñòàâëÿåòñÿ, ÷òî ñóùåñòâîâàíèå ïîäîáíûõ ïîäïîâåðõíîñòíûõ ýêîñèñòåì â òîëùå èçâåðæåííûõ ïîðîä Ìàðñà âïîëíå âåðîÿòíî.

Ïîýòîìó â ñåíòÿáðå 1988 ã. íà çàñåäàíèè ñîâåòñêî-àìåðèêàíñêîé ðàáî÷åé ãðóïïû ïî êîñìè÷åñêîé áèîëîãèè è ìåäèöèíå ÿ ïðåäëîæèë íà÷àòü ïîèñêè æèçíåñïîñîáíûõ ìèêðîîðãàíèçìîâ â ïîäïîâåðõíîñòíûõ ïîðîäàõ Ìàðñà, ãäå åñòü øàíñû íàéòè æèäêóþ âîäó [7].  ïåðâóþ î÷åðåäü íàäî îáðàòèòü âíèìàíèå íà îáëàñòè ñ íàèáîëåå ìîëîäûìè ïðîÿâëåíèÿìè âóëêàíèçìà [8], ïîñêîëüêó èìåííî â ýòèõ ìåñòàõ ìîæíî ðàññ÷èòûâàòü íà îñòàòî÷íóþ ãèäðîòåðìàëüíóþ àêòèâíîñòü, ïðè êîòîðîé âûäåëÿþòñÿ íåîáõîäèìûå äëÿ õåìîëèòîàâòîòðîôíûõ ìèêðîîðãàíèçìîâ äîíîðû ýëåêòðîíîâ (Í2, Í2S, CO, NH3, CH4).

Ãåîõèìè÷åñêèå äîêàçàòåëüñòâà ìèêðîáíîé àêòèâíîñòè â ïîðîäàõ Ìàðñà

Êîñâåííûå äîêàçàòåëüñòâà ñóùåñòâîâàíèÿ ïîäïîâåðõíîñòíîé ìèêðîáíîé àêòèâíîñòè íà Ìàðñå óäàëîñü îáíàðóæèòü ïðè àíàëèçå ëèòåðàòóðû, ïîñâÿùåííîé äåòàëüíîìó èçó÷åíèþ òàê íàçûâàåìûõ SNC-ìåòåîðèòîâ. Ïî ìíåíèþ áîëüøèíñòâà ñïåöèàëèñòîâ, îíè ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé êóñêè ìàðñèàíñêèõ èçâåðæåííûõ ïîðîä, âûáðîøåííûõ â êîñìîñ èç óäàðíûõ êðàòåðîâ.

Êîìïëåêñíîå èçó÷åíèå ìèíåðàëîãèè è ãåîõèìèè SNC-ìåòåîðèòîâ äàëî íîâûå ðåçóëüòàòû, î÷åíü âàæíûå äëÿ áèîãåîõèìèêîâ, èíòåðåñóþùèõñÿ ïðîáëåìîé ïðîèñõîæäåíèÿ è ýâîëþöèè æèâûõ ñèñòåì íà Ìàðñå. Ãåîõèìèêè èç Îòêðûòîãî óíèâåðñèòåòà (Âåëèêîáðèòàíèÿ), îáíàðóæèâ â îäíèõ è òåõ æå ïðîáàõ îðãàíè÷åñêîå âåùåñòâî è êàðáîíàòíûå ìèíåðàëû [9], îáðàòèëè âíèìàíèå íà ñóùåñòâåííûå ðàçëè÷èÿ â èçîòîïíîì ñîñòàâå óãëåðîäà êàðáîíàòîâ è îðãàíè÷åñêîãî âåùåñòâà. Êàðáîíàòíûå ìèíåðàëû SNC-ìåòåîðèòîâ ñèëüíî îáîãàùåíû èçîòîïîì 13Ñ ïî ñðàâíåíèþ ñ ÑÎ2 ìàðñèàíñêîé àòìîñôåðû. Ñðåäíÿÿ âåëè÷èíà d13Ñ ñîñòàâëÿåò +41.5‰.  òî æå âðåìÿ îðãàíè÷åñêèé óãëåðîä çàìåòíî îáîãàùåí èçîòîïîì 12Ñ (d13Ñ êîëåáëåòñÿ îò –20.0 äî –33.0‰). Ñòîëü çàìåòíàÿ âåëè÷èíà ôðàêöèîíèðîâàíèÿ ñòàáèëüíûõ èçîòîïîâ óãëåðîäà ìîæåò íàáëþäàòüñÿ òîëüêî â íèçêîòåìïåðàòóðíûõ óñëîâèÿõ è òîëüêî ïðè ó÷àñòèè æèâûõ îðãàíèçìîâ [10].
 

Èçîòîïíûé ñîñòàâ óãëåðîäà (d13Ñ) è êèñëîðîäà (d18Î) â êàðáîíàòàõ èç ðàçíûõ ìåòåîðèòîâ. Ðèìñêèìè öèôðàìè îáîçíà÷åíû êàðáîíàòû: I - óãëèñòûõ õîíäðèòîâ; II - îáðàçóþùèåñÿ ïðè íàçåìíîì âûâåòðèâàíèè îáû÷íûõ õîíäðèòîâ. Çíà÷åíèÿ ðàçíûõ àâòîðîâ äëÿ ìåòåîðèòà ALH 84001 âçÿòû èç ðàáîòû [14]. À è Á - èçîòîïíûé ñîñòàâ CO2 ìàðñèàíñêîé àòìîñôåðû: À - äàííûå ×.Ãàìåòöà èç [14], Á - Õ.Òåéëîðà èç [15].
Ïî äàííûì Äæ.Ãóäèíãà [11], êàðáîíàòû SNC-ìåòåîðèòîâ âõîäÿò â ñîñòàâ êîìïëåêñà âòîðè÷íûõ ìèíåðàëîâ, çàïîëíÿþùèõ òðåùèíû è æåîäû â îñíîâíûõ è óëüòðàîñíîâíûõ ïîðîäàõ. Âòîðè÷íàÿ àññîöèàöèÿ ìèíåðàëîâ â òðåùèíàõ ìåòåîðèòîâ îáðàçîâàëàñü èç íèçêîòåìïåðàòóðíûõ (íèæå 100°Ñ) ãèäðîòåðìàëüíûõ ðàñòâîðîâ ñ pH îêîëî 8 è Eh ìåíüøå –220 ìÂ. Òàêèå óñëîâèÿ âïîëíå áëàãîïðèÿòíû äëÿ ðàçâèòèÿ òåðìîôèëüíûõ àíàýðîáíûõ ìèêðîîðãàíèçìîâ, è ìîæíî ïîëàãàòü, ÷òî îáíàðóæåííûå ýôôåêòû ôðàêöèîíèðîâàíèÿ ñòàáèëüíûõ èçîòîïîâ óãëåðîäà - ñëåäñòâèå ðàçâèòèÿ õåìîëèòîàâòîòðîôíûõ ìåòàíîãåíîâ.  òàáë.3 ñðàâíèâàþòñÿ âåëè÷èíû d13Ñ óãëåêèñëîòû (èñõîäíîãî ñóáñòðàòà äëÿ ìåòàíîãåíåçà) è îðãàíè÷åñêîãî âåùåñòâà áèîìàññû ìåòàíîãåíîâ.  ëåâîé êîëîíêå ïðèâåäåíû äàííûå íàøèõ ýêñïåðèìåíòîâ ñ ÷èñòûìè êóëüòóðàìè ìåòàíîãåíîâ [12], â ïðàâîé - ðåçóëüòàòû èçó÷åíèÿ èçîòîïíîãî ñîñòàâà óãëåðîäíûõ ñîåäèíåíèé ìàðñèàíñêèõ ïîðîä è àòìîñôåðû Ìàðñà. Õîðîøî âèäíî, ÷òî êàê îáîãàùåíèå îñòàòî÷íîé óãëåêèñëîòû èçîòîïîì 13Ñ, òàê è îáåäíåíèå ýòèì èçîòîïîì îðãàíè÷åñêîãî âåùåñòâà â îáåèõ êîëîíêàõ èìåþò ñõîäíûå âåëè÷èíû. Îñòàåòñÿ òîëüêî äîáàâèòü, ÷òî â áàçàëüòàõ Êîëóìáèà Ðèâåð, ãäå ñîâðåìåííûå ïðîöåññû ìåòàíîãåíåçà äîêàçàíû ýêñïåðèìåíòàëüíî, íàèáîëåå èçîòîïíî-òÿæåëûé îñòàòî÷íûé ìèíåðàëüíûé óãëåðîä ïîäçåìíûõ âîä îáîãàùåí èçîòîïîì 13Ñ íà 37‰ ïî ñðàâíåíèþ ñ àòìîñôåðíîé óãëåêèñëîòîé.

Ïîäâîäÿ èòîãè ìèíåðàëîãè÷åñêèõ è ãåîõèìè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé SNC-ìåòåîðèòîâ, íåîáõîäèìî ïîä÷åðêíóòü îñíîâíûå âûâîäû, î÷åíü âàæíûå äëÿ ðåøåíèÿ ïðîáëåìû ìèêðîáíîé æèçíè íà Ìàðñå.  îòëè÷èå îò äàííûõ ìèññèè «Âèêèíã» ïðè èçó÷åíèè SNC-ìåòåîðèòîâ îáíàðóæåíû:

Èíûìè ñëîâàìè, ðåçóëüòàòû ìèññèè «Âèêèíã» ïîõîðîíèëè íàäåæäû ýêçîáèîëîãîâ íàéòè æèçíåñïîñîáíûå êëåòêè ìèêðîîðãàíèçìîâ â âåðõíèõ ñëîÿõ ìàðñèàíñêîé ïî÷âû. Ðåçóëüòàòû æå èçó÷åíèÿ SNC-ìåòåîðèòîâ âîçðîæäàþò ýòè íàäåæäû è óêàçûâàþò ïóòü ïîèñêà, âûäâèãàÿ íà ïåðâûé ïëàí èññëåäîâàíèå ìèêðîáíîé æèçíè â ïîäïîâåðõíîñòíûõ ãîðèçîíòàõ ìàðñèàíñêèõ ãîðíûõ ïîðîä.

Íîâàÿ ñòðàòåãèÿ ïîèñêà æèçíè íà Ìàðñå

 çàêëþ÷åíèå åùå ðàç ïîä÷åðêíåì, ÷òî â ñâÿçè ñ ïåðåîðèåíòàöèåé ïîèñêà æèçíè ñ ïîâåðõíîñòè ïëàíåòû â ïîäïîâåðõíîñòíûå ïîðîäû ñëåäóåò îðèåíòèðîâàòüñÿ íà àíàýðîáíûå õåìîëèòîàâòîòðîôû: ìåòàíîãåíû, àöåòîãåíû, æåëåçî- è ñóëüôàòðåäóêòîðû. Íàèáîëåå ïåðñïåêòèâíû îáëàñòè ìîëîäîãî âóëêàíèçìà, ãäå ïîäïîâåðõíîñòíûå ïîðîäû ïðîãðåâàþòñÿ ãëóáèííûì òåïëîâûì ïîòîêîì. Êðîìå òîãî, â òàêèõ ìåñòàõ áî˜ëüøàÿ âåðîÿòíîñòü îáíàðóæèòü ïîòîê âîññòàíîâëåííûõ ãàçîâ. Ïîñëåäíèå ìîãóò ñëóæèòü äîíîðàìè ýëåêòðîíîâ äëÿ îáåñïå÷åíèÿ æèçíåäåÿòåëüíîñòè õåìîëèòîàâòîòðîôíûõ ìèêðîîðãàíèçìîâ, ïðîäóöèðóþùèõ îðãàíè÷åñêîå âåùåñòâî áèîìàññû â òåìíîâûõ óñëîâèÿõ.

Æåëàòåëüíî ñóùåñòâåííî ðàñøèðèòü èññëåäîâàíèå ñòàáèëüíûõ èçîòîïîâ. Ýòî êàñàåòñÿ â ïåðâóþ î÷åðåäü èçó÷åíèÿ ðàñïðîñòðàíåíèÿ èçîòîïîâ óãëåðîäà, à òàêæå êèñëîðîäà, ñåðû, âîäîðîäà è àçîòà, òàê êàê èçâåñòíî, ÷òî ïðè áèîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññàõ ïðîèñõîäèò ôðàêöèîíèðîâàíèå ñòàáèëüíûõ èçîòîïîâ âñåõ áèîãåííûõ ýëåìåíòîâ.

Ó÷èòûâàÿ òîò ôàêò, ÷òî âñå ïðèáîðû «Âèêèíãîâ» ñðàáîòàëè ïîñëå äëèòåëüíîãî ïåðåëåòà îò Çåìëè äî Ìàðñà è âûäåðæàëè ðåæèì òîðìîæåíèÿ è ïîñàäêè, ïðåäñòàâëÿåòñÿ öåëåñîîáðàçíûì èñïîëüçîâàòü òîò æå íàáîð ìåòîäîâ: ãàçîîáìåí, ââåäåíèå ìå÷åíûõ ñîåäèíåíèé óãëåðîäà (â ïåðâóþ î÷åðåäü ÑÎ2 è àöåòàòà, àêòèâíî ïîòðåáëÿåìûõ ìíîãèìè àíàýðîáíûìè ìèêðîîðãàíèçìàìè), ïèðîëèç â êîìáèíàöèè ñ ãàçîõðîìàòîãðàôè÷åñêèì àíàëèçîì ïðîäóêòîâ ïèðîëèçà.

Îäíàêî ñàìà ñõåìà ïîñòàíîâêè ýêñïåðèìåíòîâ íà ïîñàäî÷íîì ìîäóëå äîëæíà ñóùåñòâåííî îòëè÷àòüñÿ îò èñïîëüçîâàííîé íà «Âèêèíãàõ»: èññëåäîâàíèÿ íàäî ïðîâîäèòü â àíàýðîáíîé îáñòàíîâêå; îïûòû ïî ôèêñàöèè 14ÑÎ2 äîëæíû âûÿâèòü íàëè÷èå àíàýðîáíûõ õåìîëèòîàâòîòðîôîâ, à íå ïðîöåññ àýðîáíîãî ôîòîñèíòåçà; â ýêñïåðèìåíòàõ ïî àêòèâèçàöèè íàòèâíîé (åñòåñòâåííîé) ìèêðîôëîðû ñëåäóåò ïðèìåíÿòü íå îðãàíè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ, êàê íà «Âèêèíãàõ», êîãäà ïîèñê áûë íàïðàâëåí íà îáíàðóæåíèå ãåòåðîòðîôîâ, à âîññòàíîâëåííûå ãàçû - ÑÍ4, Í2S, ÑÎ è Í2, äîáàâëåíèå êîòîðûõ ìîæåò àêòèâèçèðîâàòü õåìîëèòîàâòîòðîôíûå ìèêðîîðãàíèçìû.  ýêñïåðèìåíòàõ ïî ãàçîîáìåíó, ïðîâîäèìûõ ñ óâëàæíåííûìè îáðàçöàìè â àòìîñôåðå âîäîðîäà, êîòîðûé ïîòðåáëÿåòñÿ áîëüøèíñòâîì àíàýðîáíûõ õåìîëèòîàâòîòðîôîâ, íóæíî èñêàòü ñëåäû èõ æèçíåäåÿòåëüíîñòè - ìåòàí, ñåðîâîäîðîä è àöåòàò.

 ñâåòå âñåãî ñêàçàííîãî æåëàòåëüíî òàêæå â ñîñòàâ áèîëîãè÷åñêîãî ìîäóëÿ âêëþ÷èòü ìàññ-ñïåêòðîìåòð âûñîêîãî ðàçðåøåíèÿ, ñïîñîáíûé èçìåðÿòü ñòàáèëüíûå èçîòîïû ãàçîîáðàçíûõ ñîåäèíåíèé áèîãåííûõ ýëåìåíòîâ - êàê ïðèðîäíûõ, òàê è ïîëó÷àþùèõñÿ ïðè ïèðîëèçå èññëåäóåìûõ ïðîá.

Íàêîíåö, åñòü äîïîëíèòåëüíîå òðåáîâàíèå è ê ïîñàäî÷íîìó ìîäóëþ áóäóùèõ ýêçîáèîëîãè÷åñêèõ ýêñïåäèöèé íà Ìàðñ. Îí äîëæåí èìåòü äîñòàòî÷íî ìîùíóþ áóðîâóþ óñòàíîâêó, ÷òîáû ìîæíî áûëî îòîáðàòü îáðàçöû ïîäïîâåðõíîñòíûõ ïîðîä, ðàçëè÷àþùèõñÿ ïî ñîñòàâó, èç íåñêîëüêèõ ðàéîíîâ ïëàíåòû.

Ëèòåðàòóðà

1. Ëîóýëë Ï. Ìàðñ è æèçíü íà íåì. Îäåññà, 1912.

2. Klein H.P. The Viking Biological Investigation // General Aspects, Scientific Results of the Viking Project. Washington, 1977. P.4678-4680.

3. Abysov S.S. Microorganisms in the Antarctic Ice // Antarctic Microbiology. New York, 1993. P.265-295.

4. Vishnevetskaya T., Katharion S., McGrath J. et al. // Extremophiles. 2000. V.4. P.125-134.

5. Ivanov M.V., Belyaev S.S. Microbial Activity in Waterflooded Oil Fields and Its Possible Regulation // Proc. Intern. Conf. on Microb. Engancement of Oil Recovery. Washington, 1983. P.47-54.

6. Stevens T.O., McKinley J.P. // Science. 1995. V.270. P.450-455.

7. Ivanov M.V. Potential for Searching for chemoautotrophic microorganisms on Mars // USSR Space Life Science. Issue 212 NASA Contract Report 3922 (24). 1989. P.38-40.

8. Boston P., Ivanov M.V., McKey C. // Icarus. 1992. V.95. P.300-308.

9. Wright I.R., Grady M.M., Pillinger C.T. // Geochim. et Cosmochim. Acta. 1988. V.52. P.917-924.

10. Èâàíîâ Ì.Â., Ëåèí À.Þ. // Äîêë. ÀÍ ÑÑÑÐ. 1991. Ò.321. Ñ.1272-1276.

11. Gooding J.L. // Icarus. 1992. V.99. P.28-41.

12. Ivanov M.V., Belyaev S.S., Zyakun A.M. et al. Carbon stable isotopes fractionation by methane - producing bacteria growing on different substrates // Isotopes in der Nature. Leipzig, 1983. S.139-158.

13. Ivanov M.V., Lein A.Yu. // Space Res. 1995. V.15. ¹3. P.215-221.

14. Romanek C.S., Grady M.M., Wright I.P. et al. // Nature. 1994. V.327. P.655-657.

15. Jill A.J., Eastoe C.J., Xue S., Herzog G.F. // Meteoritics. 1995. V.30. P.311-318.
 

 




VIVOS VOCO! - ÇÎÂÓ ÆÈÂÛÕ!
ßíâàðü 2002