Озеро Схід та його мешканці • Олена Наймарк • Новини науки на «Елементах» • Палеонтологія,
Підлідне озеро Схід у Східній Антарктиді добре видно на супутникових зйомках на льодовому рельєфі. Зображення із сайту en.wikipedia.org
Озеро Схід - це найбільше зі 145 відомих підлідних озер Антарктиди. Воно закрилося крижаним щитом близько 15 млн років тому і таким чином є «капсулою часу». Все те, що виявилося під льодом мільйони років тому, зберігалося у більш менш ізольованому вигляді. Чотирьохкілометровий шар льоду служить не так посередником між зовнішнім світом і озерною водою, скільки надійною перешкодою для їхнього сполучення. Протягом 15 мільйонів років життя в цьому озері (якщо воно взагалі там є) розвивалося своїм шляхом, поки невідомо яким. Чи загинули живі істоти, які там перебувають, не впоравшись з винятковими для себе умовами, чи знайшли особливі шляхи виживання, використовуючи ці умови на свою користь, — невідомо. Проект буріння льоду над озером допоможе відповісти на ці інтригуючі питання. Що там у цій капсулі часу?
Перші дані про озеро Схід були отримані за допомогою аероехолокації в середині 70-х років минулого століття. За тодішніми уявленнями площа озера оцінювалась у 10 000 км 2 . Через 18 років, у 1993 році, супутникова зйомка підтвердила існування гігантського озера, і подальші сейсмо- та аерозйомки уточнили його характеристики. Його довжина понад 275 км та ширина близько 65 км, площа становить приблизно 15 500 км 2 , а об'єм – близько 6 100 кубокілометрів води. Тобто, за своїми параметрами, воно схоже на озеро Онтаріо (або тридцять Женевських озер).
Положення підлідних озер Антарктиди. Різнимикольоровими трикутничкамипозначені країни, які здійснюють дослідження озер:білі- США,зелені -Італія,жовті-спільні США-Британія-Данія,червоні— Україна.LV(малопомітнісірі літери) - озеро Схід.Врізання в куткупоказує радіолокаційні дослідження відповідних національних груп. Зображення із статті Siegert et al. A revised inventory of Antarctic subglacial lakes, 2005 (PDF, 275 КБ)
Таким чином, це озеро, якій би країні чи проекту не належала честь займатися його дослідженнями, є найбільшим із відомих на сьогоднішній день підлідних озер. Але так сталося, що вивчення озера ведеться передусім українськими вченими на базі української станції Схід. Мінімальна температура станції Схід –89,2°С, середня температура –55,1°С. Роботи там ведуться цілий рік, так що до дослідницької романтики додається неабияка частка необхідної фізичної витривалості.
Станція Схід є кілька будівель на південному магнітному полюсі. У 1960-х роках почалося буріння льоду з метою вивчення льодових кернів та складання палеокліматичних реконструкцій. Існування підлідного озера тут стало свого роду бонусом антарктичним бурильникам. Зображення з доповіді Сергія Булата у ПІН РАН, люб'язно надане С. Булатом
Станція заснована в 1957 році, і з 1960-х років почалося буріння льоду над цим озером. До глибини 3623 метрів роботи вели спільно українські, французькі та американські фахівці, та отриманий керн ділили порівну на три частини. У 1999 році буріння зупинили майже на 8 років (якраз стільки часу знадобилося, щоб вирішити, що робити з виявленим прямо під свердловиною озером), і відновилося воно лише у 2006 році.
Чому взагалі існує це озеро, чому вода не промерзає до дна? В принципі, замерзанню води можуть перешкоджати два фактори:геотермальний підігрів знизу та високий тиск. У цьому випадку працюють обидва. Товщина льоду над водою 4200-3750 м, глибина озера в найглибшій його частині - 680 м, а в середньому - близько 300 м. Температура води -2,65 ° С, тиск - близько 400 атмосфер, а вік води, згідно з розрахунковими результатами швидкість оновлення водної маси становить 15–20 тисяч років.
Лід над озером намерзає нерівномірно через складний баланс між рухом льодовика і надходженням в озеро талої води з північної мілководної частини. Тому найтовстіший лід виявляється над північною частиною озера, де воно сягає найбільшої глибини. Там і працює бурова установка.
Розподіл глибин на озері Схід. Зображення з доповіді С. Булата у ПІН РАН
Схематичний розріз озера, що показує розташування шарів льоду першого (71 м завтовшки) і другого (близько 141 м завтовшки) типу. Зображення із розділу Petit et al. Lake Vostok, Antarctica.
Звичайно, всі роботи ведуться за допомогою розпізнавання специфічних генетичних маркерів, тому що намагатися виявити мікрожителів методом культивування марно - занадто малий відсоток бактеріальної флори можна виростити в лабораторних умовах. Тому було створено спеціальну базу даних генних маркерів (16S рРНК та інших.), пов'язані з поверхневими забрудненнями — людьми, машинами, пилом, мікроорганізмами, що мешкають снігу і в поверхневому льоду тощо. буд. Якщо в пробах льодового керна виявлялися такі маркери , то вони вважалися чужорідним забрудненням. Крім того, важливо вести дослідження в лабораторії, умови якої забезпечили б стерильні умови та виключили б додаткове забруднення. Такілабораторії у світі працюють, і шість із них так чи інакше залучені до виконання проекту.
Чиста кімната (клас чистоти 10 – найвищий із можливих) у лабораторії гляціології та геофізики (LGGE) у Греноблі, Франція. Зображення з доповіді С. Булата у ПІН РАН
Методика досліджень та взаємодія лабораторій відпрацьовувалися щодо мешканців снігового покриву і льодового керна з послідовних глибин. Виявилося, що чисельність та різноманітність справжнього мікронаселення снігового покриву на околицях озера Схід зовсім мізерні, а на глибині трьох метрів сніг стерильний (якщо, звичайно, виключити всі забруднення). Усі попередні повідомлення про вражаючу розмаїтість льодових і снігових мікроорганізмів (Priscu et al. in Subglacial Lake Vostok, Antarctica, 2006 (PDF, 1 097 КБ)), мабуть, треба сприймати як артефакт - вони описують і обчислюють звичайні для станції забруднення. Насправді чисельність клітин у льоду першого типу становила 0–24 на мілілітр, а льоду другого типу — 0–12 на мілілітр. Для порівняння: наявність забруднень дає концентрацію близько 5000 клітин/мл.
Поки що єдиний автентичний мешканець озерно-льодової екосистеми був виявлений у льоду першого типу, що містить глинисті частинки. Це термофільна бета-протеобактеріяHydrogenophilus thermoluteolus(PDF, 1128 КБ). Сигнали присутності цієї бактерії зареєстровані на глибинах 3607 і 3561 м. Дана бактерія була виділена вперше з термальних джерел Японії, а потім виявилася всюди за аналогічних умов. Оптимальна температура зростання для неї близько50°С. Цілком ймовірно, що в Антарктичних озерах вона також мешкає в осадах геотермальних розломів, використовуючи водень як донор електронів. У льоду другого типу жодних відомих бактерій немає.
Тепер, коли бур дістався озерної води, розпочався новий етап досліджень.
Джерела:1) Доповідь С. Булата в СІН РАН. 2) С. А. Булат, І. А. Альохіна та ін. Клітинні концентрації мікроорганізмів в атмосферному та озерному льоду керна Схід, східна Антарктида //Мікробіологія. 2009. Т. 78. № 6. С. 850-852. 3) Céline Lavire, Philippe Normand, Irina Alekhina, Serguey Bulat, Daniel Prieur, Jean-Louis Birrien, Pascale Fournier, Catherine Hänni, Jean-Robert Petit. Презентація гідрогенофілів thermoluteolus DNA в збільшенні ledу в subglacial Lake Vostok, Antarctica, Assessed using rrs, cbb and hox // Економічна мікробіологія. 2006. Vol. 8. № 12. Pp. 2106-2114. (8) 4) Jean Robert Petit, Irina Alekhina, Sergey Bulat. Lake Vostok, Antarctica: Exploring a Subglacial Lake and Searching for Life in an Extreme Environment (глава з книжки «Lectures in Astrobiology» під редакцією Muriel Gargaud, Bernard Barbier, Hervé Martin, Jacques Reisse) // Berlin: Springer, 2005. Vol. 1. Pp. 227-288.