Космическое направление озера Восток

Озеро Восток в Антарктиде  (NASA)

Ученые не исключают, что верхние слои антарктического озера могут быть стерильны, а реликтовые микробные сообщества или их следы могут содержаться только в донных отложениях

Возможно, что озеро Восток окажется единственной на Земле абсолютно безжизненной водной системой и станет уникальной площадкой для отработки методов поиска внеземной жизни на Марсе и спутниках планет-газовых гигантов, где вода, вследствие низких температур, находится не на поверхности, а под толстым слоем льда.

Европа-спутник Юпитера. Ее поверхность покрыта льдом, под которым есть вода (NASA)

Энцелад, спутник Сатурна, преимущественно состоит из водяного льда
 и имеет самую чистую в Солнечной системе ледяную поверхность. (NASA)

Было выдвинуто предположение, что именно в таких подледных океанах, глубиной в десятки и сотни километров, может быть жизнь. Чтобы подтвердить такую возможность, специалисты проводят масштабные исследования подледникового озера Восток, находящегося в Антарктиде рядом с одноименной российской научной станцией.
         

Озеро Восток — это самое большое из 145 известных подледных озер Антарктиды. Оно закрылось ледяным щитом около 15 млн лет назад и таким образом представляет собой "капсулу времени".

Погибли ли находящиеся там живые существа, не справившись с исключительными для себя условиями, нашли ли они особые пути выживания, применив эти условия в свою пользу, - неизвестно. Ведь формирование нового вида микробов может длиться 1 млн лет. Поэтому сложно сказать, к чему это должно было привести.

Озеро расположено под мощной (до 3500—4000 метров) толщей материкового льда на значительном (более 500 километров) удалении от окраины континента. По размеру это озеро чуть меньше 300 километров в длину и до 90 километров в ширину, средняя ширина - 50 километров, у него серповидная форма, похожая на озеро Байкал, только меньшая по размеру. Площадь водного зеркала - 16 тысяч кв. километров, сопоставима с Ладожским озером. Максимальная толщина водного слоя-1200 метров. С 1960‑х годов началось бурение льда над этим озером с целью изучения ледовых кернов и создания климатических реконструкций. До глубины 3623 метров работы вели совместно российские, французские и американские специалисты, полученный керн делили поровну на три части. В 1999 году бурение остановили почти на 8 лет и возобновили в 2006 году.                           (Изображение из доклада С. Булата в ПИН РАН ).

К неблагоприятным условиям развития микроорганизмов: темнота, низкая температура, давление, специфический газовый состав воды, очень низкое содержание биологического материала, следует отнести самое главное - накопление кислорода. Произошло это от того, что ледник в северной части озера тает, а в этом леднике есть воздух. За 14 млн лет количество кислорода в озере могло достигнуть очень большой величины: 700–1300 миллиграммов на один литр.

В этих условиях известные нам организмы жить не могут. Если в озере обнаружится жизнь, то она будет совершенно необычной для нашей планеты. Бактерии кое-как приспособились к кислороду, который появился на Земле около 3,2 млрд лет назад. Но до этого они обходились без кислорода.

Антарктическая станция Восток

Особенности станции: расположена на Южном геомагнитном полюсе, на полюсе холода (в 1983 температура упала до -89,2°C), а под ледяным куполом, на котором стоит станция, находится древнее озеро Восток.

Поэтому ожидать, что в толще воды озера Восток, по расчетам, чрезвычайно насыщенной кислородом, живут наши, земные, известные науке бактерии, не стоит. Там могут быть только неизвестные виды, которые каким-то образом адаптировались к высокому содержанию кислорода. И если их обнаружат, то это действительно будет большое открытие.

5 февраля 2012 года российские ученые после более 30 лет бурения проникли в подледное озеро. Бурение было завершено на глубине 3,768 тысячи метров.

Лед над озером намерзает неравномерно из-за сложного баланса между движением ледника и поступлением в озеро талой воды с северной мелководной части. Поэтому самый толстый лед оказывается над северной частью озера, где оно достигает наибольшей глубины. Там и работает буровая установка.

В конце мая воду оттуда доставили в Петербург. Что это была за вода? Когда бур "коснулся" воды озера Восток на глубине порядка четырех километров, его сразу же начали извлекать наверх, чтобы он не замерз там. А вода из-за разницы давления пошла за ним. И выталкивая его, та самая вода из озера Восток проникла в скважину от бура. Но так как бур был переохлажден, а вода была теплее, она просто намерзла на нем. Когда бур извлекли, он был покрыт сантиметровой и даже больше коркой этого льда. Поэтому в тех образцах, которые анализировались, имелось воды и буровой жидкости, примерно, 50 на 50.

Бур, на который мгновенно намерзла озерная вода, хлынувшая вверх под огромным давлением. (Изображение из доклада С. Булата в в ПИН РАН)

О первых результатах анализа воды из антарктического озера Восток сообщил на конференции по астробиологии в Стокгольме Сергей Булат, сотрудник Петербургского института ядерной физики и французского Национального центра научных исследований в Гренобле.

Исследователи подсчитали количество клеток в пробах с озера Восток. И получили результат: 167 клеток на миллилитр воды. В буровой жидкости содержится такое же, примерно, количество: 200 - 300 клеток на миллилитр.

Идентификация ДНК этих клеток показала четыре вида или, по-научному, четыре филотипа бактерий. Ученые сравнили их с имеющейся базой контоминантов, то есть тех бактерий-загрязнителей, которых были найдены пять лет назад в буровой жидкости, а также с мировыми базами данных, и оказалось, что на 99,9% все четыре обнаруженных типа бактерий относились к жидкости для бурения.

Подобные микроорганизмы предположительно обитали в озере Восток, а потом попали в слой льда, до которого добрались бурильщики. Снимок сделан с помощью сканирующего электронного микроскопа.

Правда, есть определенное число клеток, которые, по-простому говоря, ускользнули пока от внимания ученых. Но на данный момент таких клеток только восемь из тех 167 на один миллилитр воды. Однако, это крайне незначительное количество, полностью сопоставимое с обычным "фоновым уровнем загрязнения", который присутствует в любой "чистой" лаборатории.

Основной вывод: самый верхний водный слой этого подледного озера фактически безжизненный. И это неудивительно на самом деле. Потому что вода в нем должна быть переохлаждена, поскольку она намерзает на ледник сверху. Кроме того, там практически нет питательных веществ для бактерий. А если бактерии и живут в озере, то жить они должны, по оценкам специалистов, в самой водной колонке, глубина которой составляет около 700 метров. Или, что еще более вероятно, в осадочных породах на дне озера, где нет кислорода.

Возможный обитатель озера Восток - тихоходка. Тихоходки - это тип микроскопических беспозвоночных размером не больше 1,5 мм, известных своей выносливостью и способностью впадать в анабиоз при особо неблагоприятных условиях жизни. Так, они могут пережить космическую радиацию, температуру -271 °С в жидком гелии, давление в 6 раз выше, чем на дне Марианской впадины, а также 120 лет спячки. Снимок выполнен с помощью электронного микроскопа.                                                                                                      Фото: SPL / EAST NEWS

Несмотря на то, что поверхностный слой озера безжизненный, изучение воды этого слоя будет продолжено. В декабре 58-я Российская антарктическая экспедиция вернется туда и будет продолжать бурить замерзшую озерную воду в скважине. Дело в том, что при проникновении в озеро вода поднялась не на 40 метров, как рассчитывали, а на 580! Причиной стал гидроразрыв, вызванный тем, что лопнула боковая стенка скважины.

Этот полукилометровый столб воды замерз, и теперь два года придется его снова бурить. На этот раз будут извлечены ледяные керны, состоящие из чистой воды. Здесь уже можно искать микроорганизмы, но вполне вероятно, что их там не окажется.

Окончательный ответ предстоит получить только в сезоне 2014-2015 годов, когда планируется изучение озера на всю глубину при помощи специально сконструированных пробоотборников и зондов. А лет через 10 ученые собираются добраться до осадочных пород на дне водоема.

Буровые работы в скважине над реликтовым антарктическим озером Восток возобновятся ориентировочно 10-15 декабря этого года, рассказал в СМИ научный руководитель проекта исследования озера Восток, заведующий лабораторией изменения климата и окружающей среды Арктического и антарктического научно-исследовательского института (ААНИИ) Владимир Липенков.

Робот-субмарина " Hydrobot" исследует гидротермальные жерла подо льдом Европы, спутника Юпитера (проект). Ученые предполагают, что жизнь требует жидкой воды, органических молекул и энергии - но верны ли такие предположения?             Иллюстрация NASA

Главное прикладное значение исследования озера Восток имеет космическую направленность.
Это озеро очень приближено к внеземным условиям, например к полярным шапкам Марса (средняя температура -90°C, а на станции "Восток" была зарегистрирована самая низкая температура на Земле: -89,2°C), а они, наряду со спутником Юпитера Европой, как раз больше всего и изучаются на предмет поиска внеземной жизни.

Существуют косвенные доказательства того, что на Марсе имеется очень мощный ледяной покров, есть признаки сезонного появления воды, и в этой воде, вполне вероятно, кто-то живет.

На снимках космического аппарата Mars Express (Европейское космическое агенство) от 6 июня 2012 года представлена пересеченная местность возвышенности Нередум, в северной оконечности равнины Аргира, одной из самых глубоких  марсианских впадин. Здесь ученые увидели явные следы водных потоков, которые когда-то неслись по Красной планете, и, вполне возможно, сейчас присутствуют на ней в виде подземных ледников.

На присутствие подповерхностной воды указывает и шлейф выбросов, окружающий кратер на севере (правая часть снимка). Подобные образования возникают в тех случаях, когда комета или астероид врезается в поверхность, насыщенную водой или водным льдом.

Экстремальные условия подледникового водоема - высокое давление, отсутствие света, специфический газовый состав воды и чрезвычайно низкое содержание биологического материала - делают антарктическое озеро Восток идеальной экспериментальной площадкой для отработки на Земле методов и технологий поиска следов жизни на покрытых льдом планетах и лунах Солнечной системы.

Статьи по теме:
Темная вода озера Восток
Восток-Европа-Марс

Подготовлено по материалам открытых источников