Учёные вновь активируют древние микробы из вечной мерзлоты и обнаруживают их быстрое выделение CO2

Микробы, находящиеся в состоянии анабиоза в вечной мерзлоте более 40 000 лет, могут «пробуждаться» и начинать интенсивно выделять парниковые газы уже при незначительном повышении температур, свидетельствуют новые исследования. Этот феномен вызывает серьёзные опасения в связи с прогнозами о дальнейшем росте температуры на планете и возможным ускорением глобального потепления. Важность понимания механизмов, лежащих в основе этого процесса, трудно переоценить, потому что такие микробы могут стать ключевым фактором в формировании обратных связей, способных ускорить таяние вечной мерзлоты и повысить концентрацию парниковых газов в атмосфере.

Почему микробы из вечной мерзлоты важны для климата

Вечная мерзлота — это слой грунта, содержащий смесь льда, почвы и камней, которая остаётся замороженной не менее двух лет подряд и занимает примерно 24% поверхности суши в северных регионах планеты. В ней скрыты миллионы лет древних организмов, большинство из которых находится в состоянии гипернации или анабиоза из-за экстремальных условий. Однако при повышении температуры или изменении уровней влаги такие микроорганизмы могут активизироваться, запускают биохимические процессы, способные значительно изменить климатическую ситуацию.

Данные о том, что микроорганизмы сохраняют жизнеспособность миллионы лет, получили подтверждение благодаря исследованиям в области палеомикробиологии. На сегодняшний день известно, что в различных слоях вечной мерзлоты содержится огромный запас органического вещества, которое при окислении выделяет углекислый газ (CO2) и метан (CH4), являющиеся мощнейшими парниковыми газами. В случае их массового высвобождения, в результате таяния вечной мерзлоты, можно ожидать скачка уровней этих газов, что усугубит глобальную климатическую проблему.

Недавние исследования и открытия

В рамках экспедиции в Алтайский край и Аляску ученые обнаружили, что микробы, жившие в слоях вечной мерзлоты, способные оставаться в состоянии спячки десятки тысяч лет, могут активироваться менее чем за год при повышении температуры всего на несколько градусов Цельсия. Исследование, опубликованное в журнале Journal of Geophysical Research: Geosciences, показало, что микроорганизмы, находившиеся в анабиозе во льду, начинают быстро расти и выделять значительный объём CO2 уже через несколько месяцев после пробуждения.

Исследователи из Университета Калифорнии в Больдере и Национального института геофизики провели серию экспериментов, в которых образцы вечной мерзлоты подвергались контролируемому нагреванию. Для отслеживания активности микробов использовали метод метки гидрогенов деутерия — тяжелого изотопа водорода. Такой способ позволил точно измерить количество воды, потребляемой микроорганизмами для синтеза их клеточных структур.

Методы и последствия экспериментов

Образцы, извлечённые из перmafростных слоёв в районе Фэрбанкса (Аляска), подвергались обработке при температурах -4°C, +4°C и +12°C. Эти пики соответствуют условиям возможных будущих летних сценариев, при которых вышеописанный слой пермафроста может достигать более глубоких уровней в результате глобального потепления. В течение первого месяца активность микроорганизмов практически не увеличивалась, однако спустя 6 месяцев произошло резкое оживление колоний.

Ключевым открытием стало то, что микробы начали активно делиться, образовывать биоплёнки и выделять жирные кислоты, в том числе гликолипиды, предположительно связанные с механизмами защиты и сохранения жизнеспособности при экстремальных условиях. Впоследствии уровень активности увеличился в 10–100 раз по сравнению с начальным состоянием, что указывает на возможность быстрого ответного реагирования древних микроорганизмов на изменения температуры.

Экологические и климатические последствия

Изменения в микробных сообществах и их активность могут привести к двум важным последствиям для климата:

1. Увеличение выбросов парниковых газов — CO2 и метана — из-за активности микроорганизмов, что ускорит глобальное потепление.
2. Более глубокое таяние вечной мерзлоты, в результате чего освободится ещё больше органического вещества.

Поскольку в настоящее время около 85% поверхности Аляски покрыто вечной мерзлотой, а её запасы углерода оцениваются примерно примерно в 1,5 трлн тонн, возможное массовое высвобождение этих газов способно значительно изменить климатическую обстановку. Это создает эффект обратной связи: потепление вызывает таяние, в результате которого высвобождается больше газов, усиливающих парниковый эффект, и процесс повторяется.

Реальные кейсы и опасности

Примеры, подтверждающие потенциал опасных выбросов, уже зафиксированы: в 2019 году в Сибири был обнаружен ядовитый метановый выброс с озера Байкал, вызванный активностью микробов при таянии слоя льда. Аналогичные сценарии возможны и в более масштабных регионах. В Спитсберге (Аляска) в 2023 году ученые зафиксировали скрытые под слоем льда бассейны, содержащие радон и радионуклиды, способные вызвать радиационную опасность.

Однако ключевая проблема заключается в том, что масштабы процессов ещё остаются недооцененными. Исследования показывают, что микроорганизмы из одних регионов реагируют иначе, чем из других, и скорость реакции зависит от состава грунта, температуры и влажности.

Что говорят учёные

«Это одна из самых больших неизвестных сложностей в моделировании климатических изменений. Мы не можем точно узнать, как будет реагировать микробиота в глубоких слоях вечной мерзлоты под воздействием долгосрочного потепления», — отметил профессор Себастьян Копф из Университета Колорадо в Боулдере. Он добавил, что понимание этого механизма крайне важно для точного прогнозирования изменения глобального климата.

Итоговые выводы очевидны: активизация древних микроорганизмов не только демонстрирует удивительную стойкость живых существ, но и становится потенциальным драйвером ускоренного изменения климата. В сочетании с высоким содержанием углерода в вечной мерзлоте, это представляет серьёзную угрозу для экосистем планеты и требует продолжения активных исследований и разработки мер по смягчению последствий.

В рамках текущих исследований предстоит изучить реакцию микроорганизмов в разных регионах, а также разработать модели, предсказывающие возможные сценарии «разбудки» микро биоты. Ведущие институты мира уже работают над этим, чтобы понять, насколько эта угроза может стать реальной катастрофой в ближайшие десятилетия.