В апреле 1979 года глубоководный аппарат «Алвин» вернулся на поверхность с расплавленным наконечником термометра. Внизу прибор показывал 32,7 градуса и упорно отказывался показывать больше, сколько ни подносили его к чёрной струе, вырывавшейся из каменной трубы. Исследователи решили, что датчик барахлит. Разбираться стали уже на корабле, и выяснилось, что пластик на его конце не выдержал температуры. Новый прибор, рассчитанный на более серьёзные неприятности, впоследствии измерил около 350 градусов. Из такого же пластика были сделаны иллюминаторы, через которые экипаж разглядывал источник. Для первого знакомства с новым явлением природы материала набралось достаточно.
В Тихом океане, на глубине нескольких километров, стояла труба и дымила. Впрочем, дымом это только казалось: наружу вылетала горячая вода с мельчайшими минеральными частицами. Чёрные курильщики получили имя по первому впечатлению, и впечатление было вполне промышленное. Будто кто-то уже добрался до морского дна, поставил завод и собирается объяснять экологической службе, что выбросы находятся в пределах нормы. Только вокруг такой трубы жила целая компания существ, которым близость источника обеспечивала пропитание. Люди привезли сюда аппарат, корабль, измерительное оборудование и запас воздуха; местные обходились без всей этой экспедиционной суеты.
Мы охотно называем подобные места непригодными для жизни. Посмотришь на давление, темноту и температуру — куда тут ещё что-нибудь селить? Но обычно к этому моменту мы успеваем мысленно поселить туда только себя. Получается, что человек представил собственную гибель и на её основании отказал в проживании всей остальной биосфере. Приличное место, с нашей точки зрения, должно хотя бы немного напоминать комнату: чтобы можно было дышать, не свариться и не замёрзнуть. Желательно ещё окно, потому что без окна совсем уж тяжело. С этим списком требований мы и отправляемся судить о возможностях жизни во Вселенной.
Если предложить местному трубчатому червю отдых на ласковом мальдивском пляже, получится обратная экспертиза. Давление неподходящее, нужных веществ нет, вода почему-то заканчивается, а дальше предлагают лежать на песке под открытым небом. Человеческий рай при ближайшем рассмотрении оказывается местом, где червя собираются высушить. Можно, конечно, подать это как оздоровительную программу, но участник вряд ли оценит. Поэтому, глядя через иллюминатор на рифтии с их красными султанами, стоит хотя бы допустить: возможно, странные здесь мы. Во всяком случае, только нам пришлось привезти с собой защитную оболочку, чтобы вообще присутствовать при разговоре.
Рифтии попались исследователям раньше чёрных курильщиков. В 1977 году на Галапагосском рифте нашли выходы сравнительно тёплой воды и плотные скопления животных вокруг них. Камеры обнаружили моллюсков, затем к источникам спустился «Алвин». В экспедицию набрали специалистов по геологии и геохимии, а биолога не взяли: искали только нагретую воду, что ему там делать? Но вода нашлась вместе с населением. Образцов оказалось столько, что подходящих реактивов для их сохранения не хватало и в дело пошла купленная в Панаме водка. У науки иногда очень короткий путь от пересмотра представлений о мире до вопроса, во что это теперь положить.
Спуститься именно туда исследователей заставила недостача тепла. Вдоль подводных хребтов земные плиты расходятся, между ними поступает горячий материал, появляется новая кора. Можно прикинуть, сколько тепла она должна отдавать, пока остывает. Но приборы, измерявшие его передачу через дно, недосчитывались части ожидаемого количества. Возникла мысль, что тепло уносит вода: просачивается в трещины, нагревается внизу и выходит где-то в другом месте. Если измерять только прогрев породы, этот перенос легко недооценить. Оставалось найти выходы воды и посмотреть, что там происходит на самом деле.
В этой работе мне нравится готовность не успокаиваться на удобном объяснении. Расчёт не сошёлся с измерением, и люди отправились выяснять причину за несколько километров под воду. Можно ведь иначе распорядиться несоответствием: объявить его несущественным, написать осторожную сноску и заняться чем-нибудь поближе к буфету. Здесь пришлось организовать корабли, навигацию, камеры, погружения, а в результате получить ещё и животных, которых никто в программу не включал. Удачное исследование порой узнаётся по тому, насколько неудобным становится его результат для первоначального плана. Особенно если биолог остался на берегу.
Сами по себе животные в глубоком океане сюрпризом не были. Вопрос вызывало их количество. Обычно в глубину медленно опускается то, что осталось от жизни наверху: частицы органики, мёртвые организмы, всякая съедобная мелочь. По дороге этот груз многократно перехватывают, так что до дна прибывает уже сильно обобранная доставка. А возле источников моллюски и черви собирались так плотно, словно у них был отдельный поставщик. И ведь нельзя объяснить обилие живого одной только его замечательной приспособляемостью. Как ни приспосабливайся, изобретательность сама по себе в пищу не годится. Кто-то должен был производить здесь еду.
Чтобы найти этого производителя, попробуем пройти за водой, которая уходит в трещину. Внизу её встречает горячая порода. Вода нагревается, вступает с ней в реакции, забирает одни вещества, оставляет другие и возвращается уже совсем с другим составом. В том числе несёт растворённые металлы. То, что выходит из чёрного курильщика, — главным образом морская вода после такого путешествия, а вовсе не магма, продавленная сквозь трубу. В санатории эту минералку лучше не предлагать. Особенно с формулировкой «богатый природный состав», которая здесь будет совершенно правдива и совершенно не поможет пациенту.
Наверху, у выхода, горячая вода смешивается с холодной. Вещества, до этого находившиеся в растворе, начинают образовывать твёрдые частицы; мельчайшие соединения металлов с серой и дают чёрную взвесь. Часть минералов оседает вокруг отверстия, и труба постепенно вырастает из собственного потока. Представьте водопровод, который приносит материал для своих стенок и сам их достраивает. Сравнение годится ровно до того места, где хочется спросить, кто утвердил проект: проект здесь не нужен. Изменились температура и состав воды — вещества осели. Накопились вещества — поменялись стенки и путь следующей порции воды.
При 350 градусах вода всё ещё может оставаться жидкой, потому что на такой глубине её удерживает огромное давление. Наши привычные сто градусов относятся к условиям возле обычной кухонной кастрюли. Мы усвоили температуру кипения, а обстоятельства опыта незаметно выкинули из памяти. Это вообще удобный способ приобретать уверенность: запомнить ответ и забыть, при каких условиях он был верен. Курильщик возвращает в задачу условия, причём делает это довольно настойчиво. Пластиковому наконечнику не повезло оказаться тем местом, где общее представление о горячей воде пришлось уточнить практически.
Сам червь, разумеется, не сидит в этой раскалённой струе. Он живёт там, где вода уже смешалась с холодной и остыла до подходящей температуры. Но подогревом дело не ограничивается. Из источника поступает, например, сероводород, а из окружающего океана — кислород. Некоторые бактерии используют реакцию между ними, чтобы получать энергию. За её счёт они строят органическое вещество из углекислого газа — делают то, для чего растениям нужен солнечный свет. Сероводород здесь служит исходным материалом для энергетической части работы, углекислый газ даёт углерод для строительства тела. Такой способ производства пищи называется хемосинтезом.
Красивее всего то, где именно это происходит. Нужные вещества приходят с разных сторон, и бактерии пользуются их встречей. Уйти в самую горячую струю не получится; отдалиться слишком сильно — можно лишиться того, что приносит источник. Живое обосновалось на границе, которую мы сперва заметили только как опасный перепад температур. Мы искали бы место поспокойнее, а здесь спокойствие означало бы перебои с питанием. Конечно, это не призыв поселяться возле химкомбината. Просто слово «благоприятно» без указания, кому и для чего, оказывается удивительно бесполезным. Для одних сероводород — повод эвакуироваться, для других — начало рабочего процесса.
Дальше из этой микробной кухни вырастает целое поселение. Одни животные едят бактерий, другие едят первых, а рифтия поселила производителей еды прямо внутри себя. У взрослого червя нет ни рта, ни кишечника. Вместо привычного пути от проглоченного к переваренному у него есть особый орган, трофосома, где живут бактерии. Они производят органическое вещество, червь за счёт них питается. Причём исследования показывают, что часть бактерий хозяин переваривает непосредственно в своих тканях. Так что слово «сотрудничество» здесь верное, но пользоваться им в агитационных целях я бы не спешил: у этого сотрудничества довольно своеобразная кадровая политика.
Червь, со своей стороны, обеспечивает бактерий всем необходимым. Его красный султан, торчащий из белой трубки, поглощает из воды вещества, которые затем поступают внутрь тела. Кислород, сероводород, углекислый газ должны добраться до места, где ими воспользуются, а продукты обмена — выводиться. Без этой работы бактериальная фабрика внутри животного не заработала бы. Поэтому рифтия гораздо интереснее картинки с подписью «червь без рта». Рот удалось убрать потому, что весь способ получать питание перестроился. Отсутствующая деталь снаружи заставляет разбираться в огромной работе внутри, которую по одному внешнему виду вообще не заподозришь.
Можно долго разглядывать рифтию и так и не увидеть тех, кто её кормит. В кадр попадёт крупное животное, а главные производители останутся слишком маленькими для нашего глаза. Знакомая несправедливость масштаба: чем заметнее участник, тем легче приписать ему весь результат. По этой фотографии червь мог бы читать лекции о том, как всего добился сам. Микроскоп сильно испортил бы выступление. И всё же бактерии тоже не обходятся без хозяина. Если пытаться раздать здесь медали за самостоятельность, придётся сначала выдумать самостоятельность, которой в этом союзе нет.
Проследим теперь за кислородом, который рифтия забирает из воды. Источник его не производит. Кислород приходит с окружающим океаном, а его запас в современной биосфере поддерживается фотосинтезом. Наверху, куда достаёт свет, работают в том числе микроскопические водоросли; движение воды связывает поверхность с глубиной. Получается, что солнечный луч возле червя не нужен, но работа освещённой части планеты ему всё-таки необходима. Мы уже готовы торжественно объявить независимость от Солнца, а один из ключевых поставщиков продолжает трудиться на его энергии. Проверять происхождение поставок вообще вредно для красивых деклараций.
Для некоторых микробов свободный кислород необязателен: они получают энергию с участием других веществ. Поэтому жизнь без солнечного света вполне возможна, но условия приходится рассматривать для каждого организма отдельно. Тёмный океан сам по себе не обещает ни червей, ни бактерий, как наличие кухни ещё не обещает обеда. Нужно знать, что туда поступает и что из этого можно сделать. Чёрные курильщики дали нам возможность задавать этот вопрос на практике. Вместо общего изумления, что здесь вообще кто-то существует, можно взять воду, исследовать клетки и постепенно выяснить, за счёт чего им удаётся жить.
Жить удаётся, пока источник работает. Вода может найти другой путь через породу, выход может затихнуть, а извержение — уничтожить всё поселение. Червь с бактериями внутри прекрасно устроился возле определённого потока, но никакая тонкость их совместной работы не заставит поток продолжаться. Мы привыкли восхищаться приспособленностью так, будто это страховка на все случаи. На самом деле она означает, что организм умеет пользоваться тем, что есть сейчас. Когда исчезает само это «сейчас», перечень замечательных способностей может остаться без применения. У источника такую зависимость трудно не заметить: всё благополучие привязано к воде, идущей из трещины.
Взрослая рифтия не отправится пешком искать другую трубу. Зато личинки обитателей источников могут переноситься течениями и заселять новые места. После извержения 2006 года на Восточно-Тихоокеанском поднятии исследователи наблюдали, как на разрушенном участке появляются животные. Для одного из видов моллюсков ближайшая известная популяция находилась примерно в трёхстах пятидесяти километрах к северу. Возможно, личинки добрались оттуда. Как им удалось преодолеть такое расстояние, ещё предстояло выяснять. Между поселениями обнаружилась связь, которую невозможно разглядеть как дорогу: её прокладывают течения и крошечные существа, путешествующие в толще воды.
На двух фотографиях, снятых с промежутком в несколько лет, такая история выглядит утешительно. Здесь была катастрофа, а теперь снова полно жизни. Только прежним обитателям от этого не легче: они не вернулись, вместо них появились другие. У фразы «природа восстановилась» очень удобный масштаб, в котором отдельную смерть уже не видно. Стоит приблизить изображение, и торжество возрождения становится историей чьей-то окончательной гибели и чужого заселения. Мне нравится, что наблюдение за источниками позволяет удержать обе картины сразу, не отменяя ни продолжения жизни, ни цены, которая исчезает издали.
Постоянный приток химической энергии привёл исследователей и к другому вопросу: могла ли похожая подводная среда участвовать в самом появлении жизни? Мы сейчас видим бактерию, которая умеет пользоваться веществами из воды. Но когда бактерий ещё не было, кто выполнял первые шаги? В одной из гипотез такую роль могли играть реакции на минеральных поверхностях, а небольшие полости в породе — помогать удерживать вещества рядом. Особый интерес вызывают щелочные гидротермальные источники, более прохладные и химически другие, чем чёрные курильщики. Их исследуют, пытаясь понять, как отдельные реакции могли постепенно сложиться в работу будущей клетки.
Это ещё не найденный адрес рождения жизни. Современная бактерия — сложнейшее устройство, за которым огромная история эволюции; её нельзя просто поставить возле камня и считать вопрос решённым. Но сама возможность исследовать переход захватывает. Можно проверять, какие вещества образуются без участия клеток, какие поверхности помогают реакции, что мешает её продуктам немедленно исчезнуть в океане. Вопрос о начале жизни распадается на задачи, с которыми уже можно что-то делать руками. При этом обнаружить полезную реакцию и получить живую клетку — результаты очень разного масштаба, как найти гвоздь и построить дом.
Осторожность здесь легко принять за порчу впечатления. Только что перед нами почти возникла жизнь из камня, а теперь опять нужны опыты и уточнения. Но я не понимаю, почему разбираться должно быть менее увлекательно, чем поверить готовой истории. Если действительно удастся выяснить хотя бы часть этой дороги, у нас появится знание о том, каким образом материя смогла начать поддерживать и воспроизводить себя. Ради такого можно пережить отсутствие красивого окончательного ответа. Окончательные ответы вообще чаще всего находятся у людей, которым не приходится собирать подводную аппаратуру и проверять сказанное.
А теперь представьте океан, у которого вместо открытой поверхности толстый ледяной потолок. Надо льдом находится космос, и где-то рядом — Сатурн. Такой океан скрывается внутри его спутника Энцелада. Через трещины у южного полюса наружу выбрасываются водяной пар и частицы льда, так что часть вещества изнутри сама выходит навстречу исследователю. Аппарат «Кассини» пролетал через эти выбросы и изучал их состав. В 2017 году учёные сообщили, что обнаружили там молекулярный водород. Человеку, который не занимается этой темой, трудно понять, почему ещё один газ заслужил столько внимания.
Водород мог появляться там, где вода взаимодействует с породой на дне скрытого океана. Если такой процесс продолжается, он способен снабжать среду веществом, которое некоторые земные микроорганизмы используют для получения энергии. Поэтому находка подсказала: подо льдом может существовать химическая работа, которой сумела бы воспользоваться жизнь. Не рифтия, обязательно торчащая из трубы в окружении крабов, а хотя бы микроб с подходящим обменом веществ. Самих организмов «Кассини» не обнаружил. Он помог выяснить, что в этом океане есть возможный источник питания, и благодаря земным исследованиям мы понимали, почему его стоит искать.
Если вам когда-нибудь доводилось воображать встречу с внеземной жизнью, едва ли она начиналась с обсуждения состава газа. Скорее там был красивый горизонт, корабль и кто-то, кто наконец вышел нам навстречу. Но чужая жизнь, если она существует, совершенно не обязана организовывать знакомство в удобном для нас жанре. Возможно, сначала будут пробы, осторожные выводы и годы споров о том, нельзя ли объяснить результат обычной химией. Самая громкая встреча в истории человечества вполне может начаться с данных, которые на первый взгляд выглядят скучнее квитанции. Мы ведь и у себя на дне первым делом заметили трубу, а тех, кто обеспечивал пищей всё поселение, пришлось искать отдельно.
Поэтому мне хочется вернуться к иллюминатору «Алвина», пока чёрное облако, красные султаны и белые трубки ещё не превратились в знакомую иллюстрацию. На освещённом участке дна продолжается жизнь, для которой мы были неожиданными посетителями. За прозрачной стенкой сидят люди, окружённые воздухом, который они привезли с поверхности. Корпус держит давление, оборудование помогает наблюдать, запасов должно хватить на возвращение. Всё наше присутствие здесь зависит от того, насколько хорошо удалось сохранить внутри аппарата условия другого места. А червям за иллюминатором возвращаться никуда не надо.
Когда аппарат начнёт подниматься, его свет уйдёт с труб и животных. На корабль привезут образцы, снимки и испорченный наконечник датчика; дальше будут исследования, споры, новые экспедиции. Внизу вода продолжит выходить из трещин, смешиваться с холодным океаном и снабжать бактерий тем, на чём держится их работа. Мы привыкли представлять открытие как момент, когда человек приходит и освещает неизвестный мир. Здесь хорошо видно и вторую половину сцены: человек посмотрел, выключил свет и уехал, потому что жить в этом мире он не умеет.
Спасибо, что дочитали до конца. Больше таких историй, подглядывающих под обложку нашего мира, в моём канале «Письма с планеты Земля». Буду рад подписке и репостам!
P.S. Все свои тексты я пишу сам. ИИ принимал участие только в создании иллюстраций. Противники нейрослопа могут прогнать текст через любой детектор, если это важно.
P.P.S. Я не учёный и не эксперт. В первую очередь мне хочется описать свои мысли, возникшие после изучения интересной для меня темы. Это не научная статья, и отдельные детали действительно могут быть неточными. Буду даже рад, если вы поправите меня в комментариях.
