Минеральные образования сохранили химические отпечатки жизнедеятельности древних микроорганизмов на протяжении сотен миллионов лет.
В расщелинах древних скальных пород под центральной Швецией сохранилась уникальная хроника биологической активности, охватывающая несколько сотен миллионов лет. Научная команда выявила несколько волн активности микробов, производящих метан, и зафиксировала следы древнего микробного метаногенеза на глубине свыше 1907 метров. Эта геологическая запись пережила процесс горообразования, погружение в недра земли, последующее вознесение к поверхности и постепенное разрушение горной системы Скандинавских Каледонид.
Основной материал для анализа поступил из буровой скважины COSC-2, расположенной в центральной части Швеции. Бурение охватило 2276 метров различных осадочных и твёрдокристаллических горных слоёв, включая архаический фундамент периода докембрия. Хотя проект изначально был направлен на исследование механизмов горообразования, множество заполненных подземными водами трещин превратили скважину в исключительный источник информации о жизни в глубоких континентальных слоях биосферы.
Несмотря на тщательный поиск, древние микробные клетки возрастом в сотни миллионов лет обнаружены не были. Сведения о деятельности прошлых поколений микроорганизмов сохранились в минерале кальцит, постепенно накапливавшемся в трещинах пород. Поскольку при метаногенезе микробы избирательно используют углеродные атомы, образующиеся минеральные соединения содержат характерное соотношение изотопных вариантов углерода. В ряде кальцитовых образцов концентрация углерода-13 оказалась необычайно повышенной, что исследователи связали с деятельностью микробов по производству метана.
Схожая изотопная сигнатура обнаружилась на различных глубинах скважины вплоть до отметки 1907 метров. Для определения времени образования кальцита применялся уран-свинцовый метод датирования. Исследование выявило несколько периодов карбонатного осадкообразования около 186, 124, 109, 100 и 59 миллионов лет тому назад, при этом самый недавний достоверно датированный период произошёл примерно 1,8 миллиона лет назад. Один более древний образец показал возраст около 378 миллионов лет, однако специалисты рассматривают это значение как менее надёжное.
Полученные данные демонстрируют не непрерывную активность одной микробной системы в течение сотен миллионов лет, а чередующиеся периоды оптимальных условий для жизни. Подземные воды проникали в трещины, среда изменяла свой химический состав, микроорганизмы осваивали новые ниши и начинали процесс производства метана. Впоследствии минеральные соединения консервировали химические признаки микробной активности внутри кальцитовых кристаллов.
Дополнительное понимание геологических преобразований пород обеспечили так называемые спаренные изотопы в карбонатных минералах, которые позволяют восстанавливать температурные условия при образовании минерала. Расчёты указали на постепенное охлаждение среды примерно с 70 до 43 градусов Цельсия. Исследователи объясняют это изменение медленным поднятием поверхности и деградацией горного массива Каледониды, вследствие чего ранее глубоко залегавшие слои постепенно приближались к земной поверхности.
Формирование Каледонид началось множество миллионов лет назад в результате столкновения древних материковых плит Балтики и Лаврентии. Последующее растяжение земной коры в сочетании с долгосрочной эрозией удалили огромный объём верхних слоёв. Глубокая биосфера при таких значительных структурных перестройках постоянно сталкивалась с изменяющимися условиями, включая новые маршруты водоциркуляции, колебания температуры и варьирование доступности химических энергоносителей.
Наличие живых организмов в этой же системе трещин в современный период было подтверждено прямыми методами анализа. В 2024 году научная группа провела исследование микроорганизмов в подземном водоносном горизонте на глубине 975 метров в скважине COSC-2. Выявленная микробная популяция показала адаптацию к среде с минимальным энергетическим потенциалом, а значительную часть составили микроорганизмы, способные развиваться без солнечного излучения благодаря химическим преобразованиям горных компонентов.
Настоящее исследование существенно увеличивает временной диапазон наблюдений. Современные анализы микробных сообществ показывают, какие организмы обитают в земных недрах в наши дни, в то время как минеральные слои позволяют реконструировать отдельные моменты активности жизни в отдалённом прошлом. Интегрированная картина демонстрирует способность подземной биосферы восстанавливаться и функционировать после масштабных геологических катастроф и сохраняться в условиях практически полной изоляции от наружной среды.
Исследовательская группа усматривает значимость результатов и для изучения возможности существования жизни на других небесных телах. Поверхность планеты может превращаться в холодную, безводную пустыню или подвергаться интенсивному космическому излучению, тогда как трещины в глубоких слоях пород способны длительнее сохранять водные растворы и питательные химические субстраты. Одновременно минеральные наслоения могут сохранять изотопные маркеры микробного метаболизма на масштабах геологического времени, превращая подземные пласты в хранилище сведений об исчезнувших биологических системах прошлых эпох.
