Для функционирования белков и нуклеиновых кислот - главных частей углеродной жизни - требуются надлежащие условия. Потому известные на Земле живы существа могут обитать исключительно в определенных физико-химических границах, сначала температурных. Вне этих границ жизни нет, а на "приграничной местности" способны существовать только одноклеточные мельчайшие организмы, не имеющие ядра, - прокариоты. В экстремальных природных критериях образуются только микробные общества, высшая жизнь туда не допускается.

С нижней температурной границей все более либо наименее ясно - она обозначена существованием водянистой воды. А вода, если ее соленость очень велика, остается в водянистом состоянии даже при минусовой температуре. Такие экстремальные условия можно отыскать, к примеру, в антарктических озерах.

"Бангер Хиллс" - один из оазисов на периферии ледникового щита Антарктиды. Он назван по имени южноамериканского летчика, который во время аэрофотосъемки в 1948 году нашел "пятачок" около 20 км в поперечнике с низкими буграми, свободными ото льда и снега. В 50-х годах на нем посадились русские исследователи. Так появилась летняя антарктическая станция "Бангер Хиллс" в 300 километрах от "Мирного", для вертолета - расстояние маленькое. "Бангер Хиллс", как и другие подобные оазисы, появился благодаря ветру и солнцу. Сильные ветры, иногда более 50 метров за секунду, сдувают снежный покров со скал и земли, солнце нагревает черные породы, и лед активно тает. Озера - обязательный атрибут ландшафта антарктических оазисов. Тут есть озера 2-ух типов: одни летом освобождаются ото льда - вскрывающиеся, другие же круглый год подо льдом, летом его толщина миниатюризируется только на метр. "Вечно" покрытые льдом озера есть исключительно в Антарктиде, им около 12-13 тыщ лет. Вода в антарктических озерах самая различная - от практически дистиллированной до сверхсоленой (в три-пять раз солонее океанической). Летом некие соленые озера служат аккумами тепла: хотя температура окружающего воздуха изредка подымается выше плюс 5-8 градусов, поверхность воды греется до 22-24 градусов! В озерах подо льдом вода может охлаждаться до минус 5, что становится вероятным из-за завышенной солености. "Для микробов такие условия даже и не назовешь экстремальными, - гласит Валерий Федорович Гальченко. - Но другой жизни тут фактически нет. Правда, в неких озерах нашли три вида аква мхов, а в наибольшем - Фигурном - изловили 2-ух циклопов! Но это - редчайшие исключения в королевстве бактерий".

Чтоб взять пробы воды и донных отложений, нужно пробурить пяти-шестиметровую толщу льда. Датчики демонстрируют глубину, температуру, соленость, содержание кислорода, а при помощи особых пробоотборников (батометров и стратометров) исследователь отбирает на подходящей глубине порцию воды либо донного ила.

В подледном мире обитают все главные типы микробов. В любом обществе должны быть автотрофы - созидатели органического вещества, способные синтезировать его практически из ничего. Этот синтез они производят за счет энергии солнечного света либо хим реакций - кто как может. Фотосинтез - самый глобальный процесс перевоплощения углерода в биосфере - происходит и подо льдом! В Антарктиде он так чист и прозрачен, что даже через шестиметровую толщу проходит какое-то количество света. Совершенно малость - всего только 2-4 процента, но этого малого количества фотонов довольно, чтоб микробы-фотосинтетики синтезировали органические молекулы, к примеру глюкозу, из растворенного в воде углекислого газа, попутно обогатив воду кислородом. За фотосинтез в антарктических озерах отвечают только цианобактерии, либо сине-зеленые водные растения. В отличие от зеленоватых водных растений, которых тут нет, сине-зеленые - безъядерные прокариоты. Конкретно они - самые древнейшие живы существа из всех жителей планетки, настоящие пионеры жизни во времени и пространстве. Другая группа микробов - гетеротрофы, которые питаются сделанной автотрофами органикой. Они употребляют для жизнедеятельности самые различные хим процессы: одни образуют метан, другие его окисляют, третьи восстанавливают сульфаты до серы и сероводорода. В противоположность "синтезаторам" эти бактерии в конечном счете разлагают органику до углекислоты и воды. Ассенизаторам и утилизаторам помогают в работе бактериофаги - вирусы, пожирающие бактерии. Не так издавна ученые нашли их в антарктических микробных обществах. Так замыкаются цикл углерода и другие биогеохимические циклы в уникальных экосистемах.

Озерные мельчайшие организмы могут свободно плавать в толще воды в виде бактерио-планктона или образуют скопления, так именуемые бактериальные маты. Этими матами устлано дно большинства озер, как пол в гимнастическом зале. "Они бывают белоснежные и темные, зеленоватые и желтоватые, бурые и ярко-оранжевые, даже фиолетовые и голубые - совсем умопомрачительных расцветок, - ведает Валерий Федорович. - Одни образуют узкую пленку на поверхности ила, другие же добиваются 10-ов см в толщину. Некие на ощупь похожи на мягенький хрящ либо губку, другие - слизистые и скользкие. После шторма неограниченное количество бактериальных матов вскрывающихся озер оказывается на суше, они высыхают и преобразуются в пыль. Но в этой пыли сохраняются жизнестойкие споры микробов, которые разносятся ветрами прямо до Южного полюса".

В 1991-1992 годах на "Бангер Хиллс" работала интернациональная экспедиция, организованная Институтом Арктики и Антарктики и Институтом микробиологии РАН, с ролью русских микробиологов, также 3-х американских профессионалов. А в 1995-1996 годах В. Ф. Гальченко участвовал в американской экспедиции на станции "Мак-Мёрдо", расположенной в схожем оазисе недалеко от действующего антарктического вулкана Эребус. Единственный из наших сограждан, за эту работу он награжден медалью южноамериканского конгресса Antarctic Service Medal. Условия на русской и американской станциях, естественно, различаются. На американской есть склад с самым различным оборудованием и реактивами, где можно заблаговременно заказать все нужное для того, чтоб на месте изучить огромную часть собранных проб. Оборудование америкосы заблаговременно завозят морем либо по воздуху, что очень недешево, но упрощает жизнь исследователям. Особенность наших экспедиций - то, что приборы, посуду, реактивы и все для своей жизни ученому необходимо везти с собой.

От нижней температурной границы жизни поднимемся к верхней ее границе. Для термофильных бактерий вполне комфортна температура свыше 50-70 градусов. Немецким микробиологам удалось найти у берегов Италии микроорганизмы, живущие при 113 градусах (!), на сегодня это - абсолютный рекорд. Хотя, как предполагают ученые, естественный предел жизни - 130-150 градусов (идет речь о микроорганизмах в активном состоянии; когда бактерии превращаются в споры, они выдерживают и больше).

Термофилы нашли себе подходящие условия в горячих источниках - наземных и подводных гидротермах. Российские микробиологи активно изучают бактериальные сообщества в Долине гейзеров на Камчатке. А чтобы исследовать глубоководные гидротермы, приходится спускаться на дно океана на огромные глубины - до 2-6 километров. Гидротермальные флюиды - горячие растворы минеральных соединений - выходят из разломов в океаническом ложе под действием так называемого теплового насоса. Морская вода проникает в трещины земной коры, доходит до мантии и очень сильно нагревается. По другим трещинам в коре она движется вверх, по пути вымывая минералы из пород, и выходит наружу. В месте выхода из разлома температура воды может достигать 450 градусов, но она не вскипает! (Это возможно благодаря огромному давлению на дне океана.) Но поскольку горячая вода сразу смешивается с холодной морской, ее температура довольно быстро падает, и вокруг гидротерм появляется жизнь.

В воде горячее 70 градусов обитают только бактерии. "На глубине нескольких тысяч метров господствует хемосинтетическая жизнь, - рассказывает В. Ф. Гальченко. - Поскольку света там нету на смену фотосинтезу приходит хемосинтез - второй способ жизнедеятельности автотрофных микроорганизмов. Например, серные бактерии окисляют восстановленные соединения серы (в главном сероводород) с участием растворенного в воде кислорода. Там, где нет кислорода, существуют метанообразующие бактерии, синтезирующие метан из водорода и углекислоты. Энергию химических реакций автотрофы-хемосинтетики применяют для синтеза органическо го вещества, которым питаются бактерии-гетеротрофы. Налицо все составляющие звенья универсальной пищевой цепи.

Там, где вода чуть прохладнее, появляются многоклеточные беспозвоночные животные, которые вступают с бактериями в отношения симбиоза - взаимовыгодного сожительства. Серные и метаноокисляющие бактерии поселяются в организме вестиментифер - своеобразных существ из типа погонофор. Похожие на гигантских червей, до полутора метров длиной, они сидят в прикрепленных ко дну трубках, высовывая наружу "жабры". Внутри этих животных бактериям предоставлен "и стол, и дом". Они размещаются в специальных клетках - бактериоцитах; с кровью хозяина к ним поступают нужные для жизни вещества: кислород, углекислый газ и либо сероводород, либо метан. В крови их гостеприимных хозяев есть гемоглобин (поэтому кровь - красная), который переносит не только лишь кислород, да и сероводород. Другими словами для микробов созданы все условия! А зачем вестиментиферам это надо? Дело в том, что у них нет рта и пищеварительной системы и бактерии для них - единственный источник питания. Животные обволакивают часть клеток мембранами, переваривают с помощью ферментов и утилизируют бактериальную органику. Получается, что они разводят микробов себе для еды. То же самое делают и некоторые двустворчатые и брюхоногие моллюски, хотя у них есть пищеварительная система: серные и метанотрофные бактерии, живущие у них в жабрах, нужны для дополнительного питания.

Для погружения на дно ученые используют аппараты "Пайсис" и "Мир". Это двухметровые титановые шары с иллюминаторами и манипуляторами. Механические "руки" собирают донных животных и пробы грунта в корзинку, для забора воды служат пробоотборники (батометры). Шесть экспедиций, в каких принял участие В. Ф. Гальченко, исследовали подводные гидротермы в Атлантическом и Тихом океанах: вдоль западного и восточного побережья Америки, в Калифорнийском заливе, в районе Новой Гвинеи.

"Антарктические озера и гидротермы можно рассматривать как земные модели вероятностной жизни на Марсе, существовавшей в прошлом или существующей сейчас", - считает Валерий Федорович. Ученые предполагают, что теперешние климатические условия на Красной планете установились где-то около 3 миллиардов годов назад. Ранее, вероятнее всего, марсианский климат был более теплый и мягкий, не препятствующий, хотя бы теоретически, возникновению и существованию жизни. Самое главное, что в то время на планете могла быть жидкая вода в океанах, морях и озерах. Когда стало холоднее и суше, вода постепенно замерзала и испарялась, но кое-где, по всей вероятности, оставались оазисы, подобные тем, что есть в Антарктиде. И в марсианских озерах, сначала вскрывающихся, потом вечно покрытых льдом, могла сохраняться жизнь. Возможно, так было до того времени, пока озера не промерзли до дна. Если на Марсе когда-нибудь действительно найдут остатки озер, можно ожидать, что в них обнаружат визуальные и геохимические следы прошлой бактериальной жизни.

С другой стороны, на Марсе может существовать вода и в текущее время, но не на поверхности, а в недрах планеты, где высокая температура позволяет ей оставаться в жидком состоянии. Вулканы и связанные с ними гидротермальные источники - места, где следы глубинных процессов обнаруживаются на поверхности. Поэтому именно здесь следует изучать явления, происходящие в недрах, подобно тому, как анализ крови, взятой из пальца, позволяет судить о состоянии всего организма. Гидротермальные источники могут указать нам на проявления подземной жизни. Вулканы на Марсе присутствуют в изобилии, а если в недрах планеты сохранилась жидкая вода, то не исключено, что есть и глубинные экосистемы.

Изучая на Земле модели гипотетической марсианской жизни, ученые в состоянии предсказать, где именно стоит искать проявления жизни на Красной планете и что можно ожидать найти. Так, теперь мы знаем, что в подледных экосистемах существуют только прокариоты, но возможен фотосинтез. А в подземных экосистемах, так же, как и в подводных, вполне могут обитать бактерии-хемосинтетики, которым нужны лишь вода, углекислый газ и водород либо другое восстановленное химическое вещество.

"За три с половиной миллиарда лет существования на Земле микроорганизмы перепробовали все возможные способы получения энергии, - говорит Валерий Федорович. - Они эффективно используют свет там, где он есть, и самые разные химические реакции там, где света нет. Только термоядерные реакции им не подходят, все таки остальное - вполне пригодно для жизни. В этом причина необыкновенной живучести микробов в среде, с нашей точки зрения совершенно ядовитой. Переберите всю таблицу Менделеева, и почти со всеми ее элементами микробы способны ужиться. Они переносят высокие концентрации тяжелых металлов, окисляют мышьяк, разлагают углеводороды нефти, питаются полимерами и портят иллюминаторы космических станций".

Коллекцию таких уникальных микроорганизмов создают ученые в Институте микробиологии РАН. В законсервированном виде, в жидком азоте, экспонаты хранятся и ждут своего часа, когда их необыкновенные свойства будут изучены и найдут применение в нашей жизни.