Мощнее леса в десятки раз: в ЮАР нашли «живые камни», которые выкачивают CO₂ с бешеной скоростью

Ученые обнаружили на побережье Южной Африки «живые камни», которые, возможно, помогут человечеству справиться с глобальным потеплением. Оказалось, что квадратный метр микробиалитов поглощает углекислого газа в 100 раз, чем аналогичный по площади участок тропического леса. Казалось бы, вот оно, спасение всей планеты! Но, как всегда, дьявол скрывается в деталях.

Когда камни «оживают»

Честно говоря, никто не ожидал, что в борьбе с избытками CO₂ на Земле в первых рядах окажутся вовсе не леса Амазонии и не новейшие технологии, а странные на первый взгляд каменные бугры с побережья Южной Африки. Именно туда отправилась команда под руководством морского микробиолога Рейчел Сиплер из Лаборатории морских наук (США). Ей ассистировали коллеги из ЮАР.



Объектом внимания научного десанта стали микробиалиты. Так называются многослойные каменные структуры, которые строятся самими микробами. По сути, это окаменевшие микробные сообщества (маты), чьи тонкие пленки годами и веками улавливают растворенные в воде вещества и превращают их в твердый минерал.

Долгое время такие структуры считали почти мертвыми реликтами древней Земли, аналогами строматолитов — первых следов жизни на планете. Однако полевые работы в Южной Африке выявили обратное. «Камни» оказались вполне живыми, причем растут они, что называется, прямо на глазах, причем в суровых условиях. То высыхают, то снова оказываются под водой.

Команда Сиплер провела суточные замеры и генетический анализ микробных сообществ в нескольких микробиалитных «лужах» вдоль побережья. Результат оказался неожиданным даже для самих исследователей. Квадратный метр поверхности «живых камней» поглощает от 9 до 16 килограммов углекислого газа в год. Это примерно в 50–100 раз больше, чем забирает аналогичный по площади участок тропического леса. По расчетам ученых, «пятачок» микробиалитов размером с теннисный корт сопоставим по годовому захвату CO₂ с рощей площадью 40 на 100 метров. Для биологии это почти рекордный показатель!

«Ночные» технологии

Однако главная сенсация обнаружилась, когда исследователи разложили суточную дозу поглощения углерода по часам. Изначально ученые считали, что основная работа по откачке CO₂ должна была происходить в светлое время суток. Свет есть — фотосинтез идет, свет выключили — все легли спать. Однако данные показали парадоксальную картину: до 80% углекислого газа микробиалиты «отрабатывают» именно ночью.

Чтобы понять, как действуют «живые камни», команда Сиплер сравнила объемы поглощения углерода с набором генов, которые отвечают у микробов за разные виды обмена веществ. Оказалось, что микробиалиты имеют на вооружении сразу несколько технологий.
Днем используется фотосинтез — знакомый по растениям процесс, когда энергия света задействуется для удержания CO₂ и создания органики.



Но параллельно были активны и другие механизмы, которые вообще не зависели от света. Например, биоминерализация (прямое участие микробов в осаждении минералов, например, карбоната кальция) и хемоавтотрофия (синтез органических веществ за счет энергии химических реакций, а не солнечного света).

Именно эти «ночные технологии» и позволяют микробному сообществу связывать углерод и после захода солнца. По сути, микробиалиты действуют как круглосуточная биофабрика, где дневная фотосинтетическая смена плавно передает поток углерода ночной химической.
При этом до 87% захваченного неорганического углерода осаждается в виде карбоната кальция, минерала, который близок по составу к известняку. То есть углерод не просто временно задерживается в биомассе, как в лесу, а надежно «запирается» в камне, который может существовать миллионы лет.

Внешне все это почти незаметно. Человек видит лишь то, как эти структуры медленно наращивают толщину, примерно до 5 см в год. Но для геологов такой рост — это как полет на ракете с третьей космической скоростью.

Но если заглянуть внутрь, там разворачивается сложный биохимический спектакль. Каждая группа микробов отвечает за свой участок пути углерода: от растворенного газа в воде до твердого минерала в слое микробиалита.

Не спасут, но все-таки помогут

После таких данных в голове немедленно может появиться «отличная» идея. А что, если просто «застелить» планету микробиалитами и дать им вычистить атмосферу? Авторы исследования предвидели такой ход мысли. Поэтому ученые приводят честные цифры. Чтобы нейтрализовать современные глобальные выбросы CO₂, накрыть микробиалитами площадь, сопоставимую с территорией США + Африка. И это притом что «живые камни» растут далеко не везде.



Почему? Да потому что им нужны весьма специфические условия: побережье с жесткой водой, богатой кальцием. Но и это еще не все, как любят говорить в телерекламе. Соленость и кислотно-щелочной баланс должны оставаться в определенных пределах, а само микробное сообщество должно переживать циклы высыхания и затопления.

И в такой экстремальной обстановке микробиалиты проявляют феноменальную устойчивость. Они могут высохнуть за один день и возобновить рост на следующий. Однако все попытки перенести «живые камни» в другие точки планеты, не похожие на их привычную среду обитания, в итоге заканчивались неудачей.

Так что использовать микробиалиты для глобальной зачистки атмосферы от углекислого газа, к сожалению, не получится. Но в любом случае данное открытие можно назвать прорывом. Хотя бы потому что оно меняет наши взгляды на микроскопическую жизнь вообще и ее роль в климате в частности.

Микробиалиты долго считались «маргиналами» биосферы. Странные каменные слои были интересны только тем, кто изучал древние эпохи. Теперь же становится ясно, что они вовсе не музейные экспонаты, а живые и высокоэффективные «машины» по долгосрочному захвату углерода, причем работающие в самых жестких условиях.

Что же будет делать наука дальше с этими знаниями? Возможно, в скором времени начнут создать искусственные микробные системы, вдохновленные южноафриканскими «живыми камнями». Было бы крайне полезно освоить их великолепный трюк с круглосуточным захватом углерода и упаковкой его в минералы на миллионы лет. Идея отличная, ведь при этом не наносится урон природе. В общем, поживем и увидим.