trim_c (trim_c) wrote,
trim_c
trim_c

Category:

Водородная энергетика - знамение времени

Кажется, что жизнь существует практически в любой части нашей планеты — даже в самых недоступных ее местах. Но если поверхность подпитывается Солнцем, то внутри Земли действуют свои правила.

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
Tags: Земля, жизнь, радиация, экзожизнь
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 8 comments