Микроб, который чуть не погубил жизнь на Земле

16 апреля 2013 года в конференц-зале Института Карнеги в Вашингтоне завершилось рабочее совещание по проекту, посвященному глобальному массовому вымиранию на границе перми и триаса. В зале собралась существенная часть исследователей со всего мира, занимавшихся этой проблемой. Почти у каждого — своя собственная гипотеза, но все, так или иначе, крутятся вокруг вулканизма Сибирских траппов.

Примерно 252 млн лет назад на огромной территории от сегодняшних Уральских гор до Якутии и от севера Иркутской области до Заполярья одновременно изливались магмы. Вулканизм на Земле — дело обычное, но такие объемы, да еще и внутри континента — это явная аномалия.

В это же время случилось нечто, приведшее к вымиранию 80% видов всех живущих в то время морских организмов. Существенный урон потерпели и наземные организмы (хотя до сих пор идут споры, в какой мере они были затронуты массовым вымиранием).

Почему экосистемам Земли пришлось так туго? Основные факторы -это бедный кислородом океан, высокие концентрации CO2 в атмосфере (возможно, в тысячи раз выше, чем сегодня), кислотные дожди. Главный маркер события — резкий изотопный сдвиг углерода в сторону легкого изотопа углерода-12, что говорит о выбросе биогенного углерода.

Мог ли стать причиной вымирания масштабный вулканизм и все сопутствующие ему геохимические аномалии? Трудно доказать. Далеко не все факты укладываются в такую причинно-следственную связь (есть и явные несоответствия), однако большинство специалистов все-таки склоняется к положительному ответу. Последний доклад был сделан Дэном Ротманом из Массачусетского технологического института — блестящим геофизиком с внешностью доктора Шелдона Купера из сериала «Теория большого взрыва» и остроумием, подходящим для какого-нибудь американского шоу. В декабре 2012 года в докладе на осенней конференции Американского геофизического общества он уже выдвинул совершенно новую гипотезу, объясняющую пермско-триасовое массовое вымирание, и вот Дэна специально пригласили сделать доклад на эту же тему в более узком кругу специалистов.

Основой новой гипотезы служит достаточно простое наблюдение: концентрация вышеупомянутого изотопа углерода в морских осадках растет по экспоненте или даже еще быстрее. Что может вызвать такие изменения? Первая приходящая в голову аналогия — деление микроорганизмов. Именно в этом и заключается гипотеза. Более того, Дэн Ротман называет конкретного виновника — это архея рода Methanosarcina.

Метаносарцина производит метан в процессе своей жизнедеятельности. В наше время ее можно встретить практически в любой среде, включая помойки, канализацию и даже человеческий кишечник. В естественных же условиях она скапливается там, где ощущается недостаток кислорода, например в океанских глубинах. Пермский океан мог быть для нее прекрасным домом.

Еще одна характерная особенность метаносарцины — способность производить метан любой из известных форм метаболизма из водорода, углекислого газа и ацетатов. Последний в избытке присутствовал в закисном пермском океане. Причем метаносарцина по сравнению с другими метаногенами перерабатывает ацетаты энергетически более эффективным путем. Эту особенность она приобрела в результате горизонтального переноса генов от бактерии класса Clostridia.

Момент переноса генов удалось датировать методом молекулярных часов. И датировка (240 ± 41 млн лет) совпадает с пермско-триасовым массовым вымиранием (хотя и с достаточно большой неопределенностью).

Есть еще одно обстоятельство. Метаносарцине, как и другим метаногенам, нужен никель. Концентрации никеля в Мировом океане невелики, но так было не всегда. Сибирский вулканизм привел к образованию группы гигантских месторождений никеля, добываемых сегодня «Норильским никелем» (эти месторождения составляют 20% от мировых запасов), а кислотные дожди позволяли попадать этому элементу в океан, стимулируя безудержный рост нового метаногена.

Итак, в пермском бескислородном океане было много пищи, но некому было ее перерабатывать, пока не произошла мутация, приведшая к появлению метаносарцины. Сибирский вулканизм привнес в океан никель, который стимулировал ее безудержный рост, а в атмосферу стал поступать в избытке метан. Окисляясь, метан превращался в парниковый углекислый газ. Вся экосистема оказалась в новом для нее стрессовом состоянии, что и привело к массовому вымиранию организмов.

Возможно, перед нами действительно решение давней проблемы, однако новые гипотезы, конечно, приживаются далеко не сразу. И для публикации статьи [1] Дэну Ротману и его коллегам потребовалось пройти «девять кругов рецензирования».

«Я не знаю, будет ли это самой важной моей статьей. Более того, я не уверен, что в ней всё правильно. Но я не сомневаюсь, что она станет широко обсуждаться в прессе», — сказал мне Дэн через несколько месяцев, получив очередную порцию рецензий.

В геологической истории было пять событий массовых вымираний, называемых великими, с десяток менее заметных и еще известно множество резких пиков на изотопных углеродных кривых. Все ли они связаны с эволюцией микроорганизмов? Если нет, то какие связаны? Уверен, что новая гипотеза окажет существенное влияние на последующие исследования в этом направлении. При изучении работы Дэна Ротмана возникают также и весьма серьезные опасения. Не мутировал ли уже какой-то убийственный микроб, например в приполярных торфяниках, и не выводим ли мы что-то подобное в лаборатории, думая о зеленой энергетике будущего?

Алексей Иванов

1. Rothman D.H., Fournier G.P., French K.L., Alm EJ., Boyle E.A., Cao C., Summons R.E. Methanogenic burst in the end-Permian carbon cycle. — www.pnas.org/content/early/2014/03/26/1318106111.abstract