Даже в километре под землей наша планета кишит микроорганизмами.
Ученые долгое время полагали, что эти подземные микробные сообщества, обитающие в водоносных горизонтах и геотермальных скважинах, практически не подвержены экологическим изменениям. Но последние исследования показывают, что их популяции на самом деле довольно динамичны, их видовой состав меняется в течение нескольких дней, а не столетий, и причиной таких изменений может быть геологическая активность, например, раскалывание горных пород в результате сжатия или расширения.
Водные бактерии и вирусы, живущие под поверхностью Земли, изолированы от таких экологических факторов, как солнечная радиация, изменения погоды и удары метеоритов. Имея ограниченный доступ к питательным веществам и солнечному свету, они растут и развиваются очень медленно. Юран Чжан, инженер по энергетическим ресурсам из Стэнфордского университета, изучала перемещения воды между геотермальными водоносными горизонтами, когда у нее возникла идея использования в качестве трассера микроорганизмы. Поскольку подземные водоемы обычно изолированы друг от друга, она и ее коллеги решили, что ДНК микроорганизмов может служить хорошей "меткой" для идентификации воды из каждого водоносного горизонта. Благодаря текущим инженерным работам "у нас уже был доступ к этим ценным образцам" воды, рассказывает Чжан. "Так что все получилось".
Для исследования, опубликованного в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, Чжан и ее группа проанализировали воду из трех скважин, соединенных с подземными водоносными горизонтами. Они брали образцы раз в неделю в течение 10 месяцев и секвенировали ДНК в каждом из них, чтобы определить, какие микробы там присутствуют. Сначала казалось, что микробный состав каждой крошечной экосистемы был неизменным. Но, к удивлению исследователей, эти характеристики быстро изменились после того, как в результате гидроразрыва породы в месте отбора проб образовались трещины.
Вскоре исследователи поняли, что, закрывая и открывая крошечные каналы между этими изолированными водяными карманами, события гидроразрыва могут полностью изменить микробную экологию водоносного горизонта за считанные дни. "Наши результаты интересны тем, что они представляют не только другой механизм формирования сообщества, но также и гораздо более быстрый механизм", - подчеркивает Чжан. Это открытие очень интересно, говорит геомикробиолог Университета Колорадо Алексис Темплтон, который не принимал участия в этом исследовании: "Еще не так много исследований, которые действительно объясняют, как вода перемещается в подповерхностных средах и как это влияет на микробиологию".
Такие исследования могут помочь ученым предсказать, как лучше хранить потенциально опасные материалы, такие как ядерные отходы и углекислый газ, говорит Чжан. И это может даже помочь в поисках внеземной жизни, потому что луны, такие как Европа Юпитера, как полагают, содержат аналогичные водоносные горизонты твердых пород. Может возникнуть заблуждение, что геология полностью отделена от сферы жизни. Но, по словам Темплтона, исследования, подобные этому, "показывают нам, насколько тесно связаны эти два понятия".
