Основой жизни на Земле является фотосинтез. Фотосинтез не возможен без Солнца. До недавнего времени ученые были уверены, что жизнь на других планетах можно обнаружить, если мы обнаружим небесное тело в условиях, сходных с Землей. Однако на Земле есть огромное количество бактерий, которые живут в условиях, весьма далеких от условий на поверхности планеты.

Это открытие может полностью изменить наш подход к изучению внеземной жизни — в том числе и на Марсе
Глубок под поверхностью Земли царит вечный мрак и холод. Однако оказалось, что и там существует жизнь — около 1030 микроорганизмов проживает в недрах Земли. Этот мир — один из самых разнообразных и старейших на планете.
Ученые не могли понять, как такое огромное количество клеток выживает в таких экстремальных условиях. Фотосинтеза там существовать не может из-за отсутствия солнечного света, а потому питаться углеродом там практически невозможно. В некоторых местах на Земле — например, возле вулканов или возле гидротермальных источников, бактерии могут существовать благодаря различным высокотемпературным процессам и химическим реакциям, на основе выносимых подводными вулканами газов и минералов. Там могли развиться хемоавтотрофы. Но за счет чего выживают под землей?
Источником энергии, заменяющим излучение Солнца под земной корой и морским дном является радиация. В подземных породах содержатся элементы, излучение которых может расщеплять молекулы воды на водород и химически активные пероксиды и радикалы. Некоторые из организмов используют водород в качестве топлива, а остальные получившиеся в результате распада элементы превращают минералы и некоторые компоненты в дополнительные источники энергии.
Барбара Шервуд Лоллар, геохимик из Университета Торонто уже давно изучает, как водород может быть источником подземной жизни. В начале 2000-х она с коллегами обнаружили огромные концентрации этого элемента глубоко под землей в Южной Африке и Канаде. И еще они нашли там гелий, который указал на радиоактивный распад урана и тория, расщепляющих молекулы воды. Также обнаружилось, что местные бактерии вырабатывали меланин, защищающий их от радиации и позволяющий им черпать энергию из реакций распада.
Шервуд Лоллар и ее коллеги в 2006 году предположили, что микробные сообщества в Южной Африке и Канаде получали энергию для своего выживания из водорода, производимого посредством радиолиза. Так начался их долгий поиск, чтобы понять, насколько важен радиолиз для жизни.
В течении следующих почти десяти лет ученые изучали пробы воды по всему миру. И, например, в воде, которую взяли из-под канадской земной коры, обнаружилась жизнь — несмотря на то, что она была изолирована от земной поверхности более одного или даже двух миллиардов лет.
Объединив результаты своих проб с исследованиями ядерных химиков, в 2014 году Лоллар с коллегами обнаружили, что огромное количество водорода в недрах Земли связано именно с процессом радиолиза. Фактически, это своя автономная альтернатива Солнцу, позволявшая бактериям жить без связи с поверхностью планеты. Однако ученые все еще не могли объяснить, как именно работает эта система и как бактерии могли использовать водород, чтобы генерировать энергию и чем-то питаться под Землей.
Разгадкой оказались сульфиды, которые обнаружились в породах канадской шахты. Вода, радиоактивный распад, немного сульфида, — «и тогда вы получите устойчивую систему производства энергии, которая может длиться миллиарды лет», — объясняет Джесси Тарнас, планетолог и научный сотрудник НАСА. Более того, в своей новой статье Лоллар с коллегами смогли подтвердить свою гипотезу, обнаружив высокую концентрацию побочных продуктов радиолиза — ацетат и формиат.
К таким же выводам пришла и другая команда исследователей во главе с геомикробиологом из Университета Род-Айленда Стивом Д’Хондтом. Они изучили образцы отложений, собранных из трещин под морским дном и обнаружили, что при воздействии радиации, из них выделяется огромное количества водорода — намного большее, чем при облучении обычной воды.
«Некоторые полезные ископаемые — это настоящие золотые жилы для производства водорода путем радиолиза. Они очень эффективно преобразуют энергию излучения в химическую энергию, которую могут потреблять микробы», — говорит Д’Хондт. Интересно, что в изученных ими отложениях водорода практически не было, из-за чего исследователи сделали вывод, что живущие внутри отобранных каменистых пород микроогранизмы его уже «съели». Получается, что для большей части живых организмов на Земле основой жизни является не Солнце, а радиолиз.
И это очень важный момент, который может полностью изменить наш подход к поискам жизни вне Земли. Если в замкнутой среде, на которую вообще никак не воздействовали люди, происходят такие реакции, то что мешает им происходить и на других планетах? Лоллар предполагает, что именно бактерии из подземной среды могли быть первыми живыми организмами на нашей планете — особенно если учитывать, что от многих негативных воздействий, происходивших на поверхности Земли, они были защищены.
Тут принципиально важный вопрос, что было раньше - курица или яйцо? Жизнь возникла на поверхности Земли, используя энергию Солнца или химическую энергию, источники которой на древней Земле были чрезвычайно многочисленны и разнообразны, а потом постепенно спустилась вниз и освоила глубокие слои земной коры. Или напротив - жизнь зародилась в глубине, используя энергию радиации и питаясь водородом, а потом постепенно подымалась вверх, осваивая новый и куда более богатые источники энергии и необходимых химических веществ?
Мне представляется, что первый вариант во много раз более вероятен: т.е. миллиарды тонн бактерий, которые живут в глубине, обладают очень медленным обменом, питаются водородом и весьма устойчивы к радиации - это продукт эволюции, позволившие освоить даже столь скудные источники энергии и химических веществ, какие есть в глубинах земной коры.
НО кстати для планет, которые некогда были богаты водой и атмосферой, но потом все это утратили, - подобная эволюция была бы спасением жизни, почти что единственным выходом. И значит весьма вероятно, что именно вглубь планеты и двинулась марсианская жизнь, прячась от страшного холода и жутких ударов солнечной радиации во время бурь на Солнце, от которых нас спасают магнитосфера и атмосфера.
Так что открытие метаболизма на основе водорода с использованием радиации в толщах земной коры серьезно расширяет список потенциально населенных миров. И в точном соответствии с модной нынче водородной энергетикой, жизнь на Земле пришла к этому источнику именно там, где нет Солнца