Биосфера определяется в словарях, как оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими. Но нигде не сказано: где проходят границы биосферы? Когда-то ученые думали, что на дне океанов никто не живет, так как там очень холодно, темно, давит огромный столб воды и отсутствует пища.

Черные курильщикиНо в 1977 году были открыты "черные курильщики" – гидротермальные источники на дне океанов, которые извергают воду температурой до 400 °C. Из-за большого давления эта вода не кипит, а находится в сверхкритическом состоянии. И около этих источников "своя жизнь"! Особенные крабы, рыбы, невиданные ранее живые организмы, жизнь, существующая не за счет фотосинтеза, а за счет хемосинтеза.

Когда-то считалось, что жизни не может быть в горячих источниках, кислотах, холодных пустынях, под землей, а потом были найдены экстремофилы – живые существа, которые приспособлены к абсолютно разным, неприемлемым для нас условиям существования.

Конечно, в основном это микроорганизмы. Но жизнью наполнен каждый миллиметр биосферы: криптоэндолиты живут в микроскопических пространствах внутри скал, анаэробы – в тех местах, где нет кислорода, гиполиты – под камнями в холодных пустынях, пьезофилы – далеко в недрах земли.

Почва в стеклянных колбахНижняя граница биосферы все время отодвигается. Пока жизнь удается найти везде, где проходили такие исследования: на нефтяных месторождениях, в золотых рудниках, подо льдом в Гренландии и Антарктиде, а также в отложениях и скальных породах на дне океана. Понятно, что условия окружающей среды там чрезвычайно неблагоприятные: давление в 10-100 раз превышает атмосферное, а температура может колебаться от нуля до 60 градусов Цельсия.

Однако жизнь есть и там. Вот, например, в Южной Африке на глубине 2,8 км под землей обнаружена уникальная экосистема, всё население которой представлено одним-единственным видом бактерий. Этот микроб (Desulforudis audaxviator), живет в полном одиночестве в горячей подземной воде, на полном "хозрасчете", самостоятельно производя все то, что нужно ему для жизни.  Но обычно в подземных недрах живут "семьями", это много видов микроорганизмов, которые обычно образуют симбиотические комплексы, то есть помогают друг другу, деля между собой биохимические функции.

Насчет верхней границы биосферы также ведутся дискуссии. Недавно учеными ЦНИИ МАШ были проведен эксперимент "Тест", который заключался в том, что космонавты во время выхода в открытый космос, протерли иллюминатор Международной космической станции.

После доставки пробоотборника на Землю, смывы с тампонов и материал тампонов (находившееся в пробоотборнике в вакууме) были проанализированы на присутствие бактериальной ДНК методом гнездовой ПЦР. Результат ошеломил: жизнь  есть и там! Эксперимент "Тест" надежно доказал, что   в пробах космической пыли найдены представителей родов Mycobacteria и бактерии неизвестного рода. Присутствие представителей диких наземных и морских родов бактерий в количестве не менее 10 копий на квадратный сантиметр поверхности МКС указывает на их возможный перенос из стратосферы в ионосферу с восходящей ветвью глобальной электрической цепи.

Хотя, может быть, космонавты нашли "своих бактерий"? Сами занесли их в пробирки, а потом выделили с помощью ПЦР?

Поясняет главный исследователь  — Антон Сыроешкин, доктор биологических наук: "Для исключения заноса в космос земных бактерий, пробоотборник "ТЕСТ" до отправки на МКС был автоклавирован и простерилизован гамма-излучением. После отбора пыли с поверхности МКС космонавт ввинчивает держатель тампона в корпус пробоотборника "ТЕСТ" в открытом космосе так, что тампон остается в вакууме до вскрытия пробоотборника в наземной лаборатории, что является также важным моментом для исключения контаминацией нуклеиновыми кислотами."

Получается, ответ нужно искать все-таки в устройстве глобальной электрической цепи – единой  атмосферной "электрической машины", или, ионосферного лифта. Возможно именно он связывает всю биосферу в одну общую сеть, границы которой только сейчас начинают нащупываться учеными.

Источник: РИА Новости

Денис Хенинг (Dennis Höning) и Тилман Шпон (Tilman Spohn) из Германского аэрокосмического центра при Института планетологии в Берлине создали модель эволюции планеты с учетом влияния живых организмов на размер континентов и тектонику плит. Моделирование показало, что на безжизненной планете континенты занимали бы не более 30% поверхности, а то и гораздо меньше (сейчас — 40%). Ученые доложили свои результаты на ежегодной встрече Европейского геофизического общества, которая проходит в эти дни в Вене (Австрия), сообщает Science.

Размер и форма континентов до некоторой степени контролируется биосферой, полагают ученые. В частности, биосфера вырабатывает кислород и образует уникальную земную атмосферу, которая влияет на химические процессы на поверхности Земли — выветривание, эрозию горных пород. Земную кору преобразуют живые организмы, например, корни растений иногда проникают в горные породы, разрушая их, а микроорганизмы участвуют в преобразовании горных пород.

Ученые напоминают давно известный факт, что жизнь на Земле зародилась около 3,5 млрд лет назад, и примерно в это же время началось движение континентов — процесс, продолжающийся до сих пор. Но какая может быть связь между двумя процессами? Планетологи из Германии построили модель эволюции планеты и жизни на ней, и выяснили, что сначала, по мере сокращения выветривания и эрозии континенты остаются обширными, но со временем, если убрать из модели жизнь, континенты уменьшаются. Сейчас они занимают 40% поверхности планеты. Без биосферы в лучшем случае они занимали бы 30%, а в худшем — 10% поверхности Земли.

Исследователи предложили следующее объяснение влияния биосферы на тектонику плит: известно, что плиты с континентами сталкиваются друг с другом, после чего их массы опускаются вниз в мантию планеты, где и плавятся. Осадочный чехол на континентах содержит большое количество воды, до 40%, океаническая кора с ее осадками еще более насыщена водой, поскольку покрыта ею. Когда весь этот пропитанный водой материал попадает в мантию, он вызывает там кипение, что проявляется в виде мощного вулканизма и излияний лавы. Например, такого рода вулканизм существует в окраинных морях Дальнего Востока, в зоне Альпийского складчатого пояса. Запускается своего рода положительная обратная связь — больше воды попадает в мантию, сильнее бурлит мантия, мощнее вулканизм и резвее движутся плиты земной коры по планете.

Так вот, планетологи Хенинг и Шпон считают, что не будь биосферы, воды в мантию попадало бы меньше. А раз так, то в конечном счете размеры континентов сократились бы. Они полагают даже, что соотношение площади континентов и океанов можно считать одним из индикаторов для поиска обитаемых планет во Вселенной.

Подробнее: Научная Россия

Развитие средств прямого обнаружения экзопланет идёт полным ходом и ставит перед исследователями вопрос: как полученные изображения экзопланет и экзолун можно использовать для определения их обитаемости? Астрономы из Германии и США, проведя моделирование различных вариантов такой «окраски», пришли к выводу, что по ней действительно можно судить о наличии и даже до некоторой степени о составе биосферы.

Бóльшая часть доминирующих на Земле форм жизни демонстрируют резкий скачок альбедо в красной и инфракрасной частях спектра. (Графики Siddharth Hegde, Lisa Kaltenegger.)Как выглядит из космоса Земля, известно: в 1990 году по просьбе Карла Сагана «Вояджер-1» сфотографировал планету с удаления в 6 млрд км. Итог был предсказуем: 0,12 пиксела, или «бледная голубая точка» (Pale Blue Dot).

Сиддхарт Хедж из Института астрономии Общества Макса Планка (Германия) и Лиза Калтенеггер из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (США) отмечают: такой цвет на 100% обусловлен обитаемостью Земли, в основном водой, покрывающей 70% её поверхности. Кроме того, значительный вклад дают растительность (которой покрыто 60% твёрдой поверхности), снег, пустыни и пр.

Однако так планета выглядела не всегда, и очень вероятно, что такого цвета нет у многих потенциально обитаемых планет за пределами нашей Солнечной системы.Даже на сегодняшней Земле доминирующие цвета фотосинтезирующих организмов не обязательно зелёные — как показывают эти бактерии-галофилы из австралийских солёных озёр. (Фото Cheetham Salt Limited.)

Более того, гипотетический наблюдатель (с аппаратурой соответствующего уровня) из другой звёздной системы разглядит не только этот (голубой) цвет. Давно известно, что при суточном вращении Земли поглощение красного света будет периодически резко падать («красный край») — по мере того как от океанских просторов инопланетный телескоп будет переходить на покрытые растительностью (отражающей свет в красном диапазоне спектра) пространства суши. Альбедо растений в среднем вырастет с 680 до 730 нм, с 5 до 50%, что нельзя не заметить. Однако, подчёркивают учёные, жизнь предоставит индикаторы такого рода лишь при соблюдении ряда условий. Вокруг звёзд отличного от Солнца спектрального класса возможен «синий край», когда (во избежание перегрева более коротковолновым излучением) альбедо растений будет резко возрастать не в красной и инфракрасной частях спектра, а в ультрафиолетовой и фиолетовой.

С другой стороны, отмечают исследователи, анализ цвета способен помочь при выявлении менее развитой жизни — например, экстремофильной. Лишайники, биоплёнки, цианобактериальные маты эффективно обнаруживаются по специфическим цветам, и их доминирование, несомненно, придаст поверхности планеты свои оттенки.

В целом авторы работы при выборе объектов рекомендуют отдавать предпочтение планетам голубой части спектра перед красноватыми типа Марса. Среди прочего такой цвет сигнализирует о значительном присутствии жидкой воды, что повышает шансы на обнаружение жизни.

В то же время остаются варианты, не поддающиеся обнаружению названным способом. Почвенные экстремофилы для защиты от ультрафиолета и иных угроз могут вовсе исчезнуть с поверхности, и тогда их влияние на цвет экзопланеты будет минимально. Очень сложно также наблюдать планеты с серьёзной облачностью…

И ещё одно. Современный научный мир не вполне твёрдо уверен в исключительности нынешних оттенков земной тверди. Ведь в иные геологические эпохи окрас мог отличаться от сегодняшнего, не так ли? Скажем, гипотеза «пурпурной Земли» предполагает, что в период возникновения жизни планета вполне могла выглядеть не зелёной, как сегодня, а красно-фиолетовой. В процессе фотосинтеза древние автотрофы могли пользоваться не хлорофиллом, а совсем другим веществом — например, бактериохлорофиллом. Его и сегодня применяет группа фотосинтезирующих протеобактерий, обитающих в воде. Они содержат красные пигменты: бактериохлорофиллы a и b, а также каротиноиды, придающие им пурпурный цвет. Такие пигменты позволяют эффективно использовать (поглощать) свет зелёной части спектра. Так вот, если верить «пурпурной Земле», кроме бактериохлорофилла, первые автотрофы могли использовать для фотосинтеза альдегид витамина А, что также должно было придавать им специфический красный цвет.

Кстати, предполагается, что зелёный цвет хлорофилловые организмы приобрели случайно — в конкуренции с пурпурными. После же вытеснения тех, первичных автотрофов зелёный закрепился как общая черта фотосинтезирующих организмов. Словом, если гипотеза верна, то зелёный цвет даже в условиях жизни под солнцеподобной звездой случаен, а потому не может рассматриваться как достоверное свидетельство высокоразвитой жизни.

С препринтом соответствующего исследования можно ознакомиться здесь.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА