Ґрунт скелястого хребта в центральній Антарктиді ніколи не містив мікроорганізмів.
Вперше вчені виявили, що, схоже, немає життя в ґрунті на поверхні Землі. Ґрунт походить з двох вітряних скелястих хребтів у внутрішніх районах Антарктиди, за 300 миль від Південного полюса, де тисячі футів льоду проникають крізь гори.
«Люди завжди вважали, що мікроби витривалі та можуть жити будь-де», — каже Ноа Фірер, еколог-мікробник з Університету Колорадо в Боулдері, чия команда вивчає ґрунт. Зрештою, одноклітинні організми були знайдені в гідротермальних джерелах з температурою понад 200 градусів за Фаренгейтом, в озерах під півмилею льоду в Антарктиді та навіть на висоті 120 000 футів над стратосферою Землі. Але після року роботи Феррер та його докторант Ніколас Драгон досі не виявили жодних ознак життя в зібраному ними антарктичному ґрунті.
Фірер і Драгон досліджували ґрунти з 11 різних гірських хребтів, що представляють широкий спектр умов. Ті, що походять з нижчих і менш холодних гірських районів, містять бактерії та гриби. Але в деяких горах двох найвищих, найсухіших і найхолодніших гірських хребтів немає жодних ознак життя.
«Ми не можемо стверджувати, що вони стерильні», – сказав Феррер. Мікробіологи звикли знаходити мільйони клітин у чайній ложці ґрунту. Тому дуже невелика кількість (наприклад, 100 життєздатних клітин) може залишитися непоміченою. «Але, наскільки нам відомо, вони не містять жодних мікроорганізмів».
Незалежно від того, чи справді якийсь ґрунт позбавлений життя, чи пізніше буде виявлено, що в ньому містяться деякі клітини, що вижили, нові результати, нещодавно опубліковані в журналі JGR Biogeosciences, можуть допомогти в пошуках життя на Марсі. Антарктичний ґрунт постійно замерз, повний токсичних солей і не має багато рідкої води протягом двох мільйонів років — подібно до марсіанського ґрунту.
Їх було зібрано під час експедиції, що фінансувалася Національним науковим фондом, у січні 2018 року до віддалених районів Трансантарктичних гір. Вони проходять через внутрішню частину континенту, відділяючи високе полярне плато на сході від низинного льоду на заході. Вчені розбили табір на льодовику Шеклтон, 60-мильному конвеєрному поясі льоду, що стікає ущелиною в горах. Вони використовували гелікоптери, щоб літати на великі висоти та збирати зразки вгору та вниз по льодовику.
У теплих, вологих горах біля підніжжя льодовика, лише за кілька сотень футів над рівнем моря, вони виявили, що ґрунт населяють тварини, менші за кунжутне зернятко: мікроскопічні черв'яки, восьминогі тихоходки, коловертки та крихітні черв'яки, яких називають ногохвостками. Крилаті комахи. Ці голі, піщані ґрунти містять менше однієї тисячної кількості бактерій, що містяться в добре доглянутому газоні, достатньо, щоб забезпечити їжею дрібних травоїдних, що ховаються під поверхнею.
Але ці ознаки життя поступово зникали, коли команда відвідувала вищі гори вглиб льодовика. На вершині льодовика вони відвідали дві гори — гору Шредер і гору Робертс, — які мають висоту понад 7000 футів.
Відвідування гори Шредер було жорстоким, згадує Байрон Адамс, біолог з Університету Бригама Янга в Прово, штат Юта, який керував проєктом. Температура цього літнього дня близька до 0°F. Пронизливий вітер повільно випаровував лід і сніг, залишаючи гори оголеними, що становило постійну загрозу для підіймання та кидання садових лопат, які вони принесли, щоб викопати пісок. Земля вкрита червонуватими вулканічними породами, які розмивалися протягом сотень мільйонів років вітром і дощем, залишаючи їх потрісканими та відполірованими.
Коли вчені підняли скелю, вони виявили, що її основа вкрита кіркою білих солей — токсичними кристалами перхлорату, хлорату та нітрату. Перхлорати та хлорати, корозійно-реактивні солі, що використовуються в ракетному пальному та промисловому відбілювачі, також у великій кількості зустрічаються на поверхні Марса. Через відсутність води для змивання сіль накопичується на цих сухих антарктичних горах.
«Це як відбір проб на Марсі», — сказав Адамс. Коли ви встромляєте лопату, «ви знаєте, що ви перший, хто порушить ґрунт за цілу вічність — можливо, мільйони років».
Дослідники припустили, що навіть на таких великих висотах і в найсуворіших умовах вони все ще знайдуть живі мікроорганізми в ґрунті. Але ці очікування почали згасати наприкінці 2018 року, коли компанія Dragon використала метод, який називається полімеразна ланцюгова реакція (ПЛР), для виявлення мікробної ДНК у ґрунті. Dragon протестувала 204 зразки з гір над і під льодовиком. Зразки з нижчих, прохолодніших гір дали велику кількість ДНК; але більшість зразків (20%) з великих висот, включаючи більшість з гори Шредер і масиву Робертс, не були протестовані на наявність жодних результатів, що свідчить про те, що вони містили дуже мало мікроорганізмів або, можливо, взагалі їх не містили.
«Коли він вперше почав показувати мені якісь результати, я подумав: «Щось не так», — сказав Феррелл. Він думав, що щось не так зі зразком або лабораторним обладнанням.
Потім Драгон провів серію додаткових експериментів для пошуку ознак життя. Він обробив ґрунт глюкозою, щоб побачити, чи певні організми в ґрунті перетворюють її на вуглекислий газ. Він намагався відкрити хімічну речовину під назвою АТФ, яка використовується всім живим організмом на Землі для зберігання енергії. Протягом кількох місяців він культивував шматочки ґрунту в різних поживних сумішах, намагаючись переконати існуючі мікроорганізми рости в колонії.
«Нік кинув кухонну раковину в ці зразки», – сказав Феррелл. Незважаючи на всі ці тести, він все одно нічого не знайшов у деяких ґрунтах. «Це справді дивовижно».
Жаклін Гурдіаль, екологічна мікробіологиня з Університету Гвелфа в Канаді, називає результати «привабливими», особливо зусилля Драгона визначити, які фактори впливають на ймовірність виявлення мікроорганізмів у певному місці. Він виявив, що велика висота та висока концентрація хлорату були найсильнішими предикторами неможливості виявлення життя. «Це дуже цікаве відкриття», – сказав Гудієр. «Це багато говорить нам про межі життя на Землі».
Вона не зовсім переконана, що їхній ґрунт справді безжиттєвий, частково через власний досвід в іншій частині Антарктиди.
Кілька років тому вона вивчала ґрунти з подібного середовища в Трансантарктичних горах, місці за 500 миль на північний захід від льодовика Шеклтон під назвою Університетська долина, де, можливо, не було значної вологості чи температури танення протягом 120 000 років. Коли вона інкубувала його протягом 20 місяців при температурі -1°C, типовій літній температурі в долині, ґрунт не виявляв жодних ознак життя. Але коли вона нагріла зразки ґрунту на кілька градусів вище нуля, деякі з них показали ріст бактерій.
Наприклад, вчені виявили, що бактеріальні клітини залишаються живими навіть після тисяч років перебування в льодовиках. Коли вони потрапляють у пастку, метаболізм клітини може сповільнитися в мільйон разів. Вони переходять у стан, в якому більше не ростуть, а лише відновлюють пошкодження ДНК, спричинені космічними променями, що проникають крізь лід. Гудієр припускає, що ці «повільні виживаючі» можуть бути тими, кого вона знайшла в Коледж-Веллі — вона підозрює, що якби Драгон і Фірер проаналізували в 10 разів більше ґрунту, вони могли б знайти їх у масиві Робертс або на горі Шредер.
Брент Крістнер, який вивчає антарктичні мікроби в Університеті Флориди в Гейнсвіллі, вважає, що ці високогірні, сухі ґрунти можуть допомогти покращити пошуки життя на Марсі.
Він зазначив, що космічні апарати «Вікінг-1» та «Вікінг-2», які приземлилися на Марс у 1976 році, проводили експерименти з виявлення життя, частково засновані на дослідженнях низинного ґрунту поблизу узбережжя Антарктиди, регіону під назвою Сухі Долини. Деякі з цих ґрунтів влітку стають вологими від талої води. Вони містять не лише мікроорганізми, але й у деяких місцях крихітних черв'яків та інших тварин.
На противагу цьому, вищі, сухі ґрунти гір Робертс і Шредер можуть забезпечити кращі умови для випробування марсіанських інструментів.
«Поверхня Марса дуже погана», — сказав Крістнер. «Жоден організм на Землі не може вижити на поверхні» — принаймні, на верхніх сантиметрах або двох. Будь-який космічний корабель, який відправляється туди в пошуках життя, має бути готовий працювати в одних з найсуворіших місць на Землі.
Авторське право © 1996–2015 Національне географічне товариство. Авторське право © National Geographic Partners, LLC, 2015-2023. Усі права захищено.