Езерото Восток и неговите обитатели • Елена Наймарк • Научни новини за елементи • Палеонтология,

Подледниковото езеро Восток в Източна Антарктида се вижда ясно на сателитни изображения на ледения релеф. Изображение от en.wikipedia.org

Езерото Восток е най-голямото от 145-те известни подледникови езера в Антарктика. Той е бил затворен от ледена покривка преди около 15 милиона години и по този начин представлява "капсула на времето". Всичко, което е било под леда преди милиони години, се е запазило в повече или по-малко изолирана форма. Четирикилометровият слой лед служи не толкова като посредник между външния свят и езерната вода, колкото като най-надеждната бариера за комуникацията им. В продължение на 15 милиона години животът в това езеро (ако изобщо съществува там) се е развивал по свой начин, все още не е известно как. Дали живите същества там са умрели, неспособни да се справят с изключителните за себе си условия, дали са намерили специални начини за оцеляване, използвайки тези условия в своя полза, не е известно. Надяваме се, че проектът за сондиране на езерен лед ще помогне да се отговори на тези интригуващи въпроси. Какво има в тази капсула на времето?

Първите данни за езерото Восток са получени с помощта на въздушна ехолокация в средата на 70-те години. Според тогавашните представи площта на езерото се оценява на 10 000 km2. След 18 години, през 1993 г., сателитни изображения потвърдиха съществуването на гигантско езеро, а по-нататъшни сеизмични и въздушни проучвания прецизираха характеристиките му. Дължината му е повече от 275 km, а ширината му е около 65 km, площта му е около 15 500 km2, а обемът му е около 6100 кубически километра вода. Тоест по своите параметри то е подобно на езерото Онтарио (или тридесетте Женевски езера).

Положението на подледниковите езера на Антарктика. Различницветни триъгълниципоказват държави, провеждащи изследвания на езера:бяло— САЩ,зелено —Италия,жълто—съвместно САЩ-Великобритания-Дания,червено- България.LV(незабележимисиви букви) — езерото Восток.Вмъкване в ъгълпоказва радарни проучвания на съответните национални групи. Изображение от Siegert et al. Ревизиран списък на антарктическите подледникови езера, 2005 г. (PDF, 275 KB)

По този начин това езеро, без значение коя държава или проект има честта да го изследва, е най-голямото подледниково езеро, известно до момента. Но така се случи, че изследването на езерото се извършва предимно от български учени на базата на българската станция Восток. Минималната температура на станция Восток е -89,2°C, средната температура е -55,1°C. Работата там се извършва целогодишно, така че към изследователската романтика се добавя достатъчна физическа издръжливост.

Станция Восток се състои от няколко сгради на южния магнитен полюс. През 60-те години на миналия век сондажите в лед започват да изучават ледени ядра и да съставят палеоклиматични реконструкции. Съществуването на подледниково езеро на това място беше един вид бонус за антарктическите сондажи. Изображение от доклада на Сергей Булат в PIN RAS, с любезното съдействие на S. Bulat

Станцията е основана през 1957 г., а от 60-те години на миналия век над това езеро се сондира лед. До дълбочина 3623 метра работата е извършена съвместно от български, френски и американски специалисти, като полученото ядро е разделено по равно на три части. През 1999 г. сондирането беше спряно за почти 8 години (точно толкова време отне, за да се реши какво да се прави с езерото, открито точно под кладенеца), и се възобнови едва през 2006 г.

Защо изобщо съществува това езеро, защо водата не замръзва до дъното? По принцип два фактора могат да предотвратят замръзването на водата:геотермално отопление отдолу и високо налягане. В този случай и двете работят. Дебелината на леда над водата е 4200–3750 м, дълбочината на езерото в най-дълбоката му част е 680 м, а средно около 300 м. Температурата на водата е –2,65 ° C, налягането е около 400 атмосфери, а възрастта на водата, според изчислените резултати от скоростта на обновяване на водната маса, е 15–20 хиляди години.

Ледът над езерото замръзва неравномерно поради сложния баланс между движението на ледника и потока от стопена вода в езерото от северната плитка част. Следователно най-дебелият лед е над северната част на езерото, където достига най-голямата си дълбочина. Има и сондажна машина.

Разпределение на дълбочината на езерото Восток. Изображение от доклада на С. Булат до ПИН РАН

Схематичен разрез на езерото, показващ разположението на ледените слоеве от първи (дебелина 71 m) и втори (дебелина около 141 m) тип. Изображение от Petit et al. Езерото Восток, Антарктика: Изследване на подледниково езеро и търсене на живот в екстремна среда от лекции по астробиология, 2005 г.

Естествено, цялата работа се извършва с помощта на разпознаването на специфични генетични маркери, тъй като е безполезно да се опитваме да идентифицираме микрообитателите чрез култивиране - твърде малък процент от бактериалната флора може да се отгледа в лабораторията. Затова беше създадена специална база данни с генни маркери (16S rRNA и др.), които се свързват със замърсяването на повърхността - хора, автомобили, прах, микроорганизми, живеещи върху сняг и повърхностен лед и др. Ако такива маркери бяха открити в проби от ледено ядро, те се считаха за чуждо замърсяване. Освен това е важно да се провеждат изследвания в лаборатория, чиито условия биха осигурили ултрастерилни условия и биха изключили допълнително замърсяване. Такивалаборатории в света работят, като шест от тях по някакъв начин участват в изпълнението на проекта.

Чиста стая (клас на чистота 10 - най-високият възможен) в лабораторията по глациология и геофизика (LGGE) в Гренобъл, Франция. Изображение от доклада на С. Булат до ПИН РАН

Методологията на изследване и взаимодействието на лабораториите бяха усъвършенствани при изучаването на обитателите на снежната покривка и леденото ядро от последователни дълбочини. Оказа се, че изобилието и разнообразието на истинската микропопулация на снежната покривка в околностите на езерото Восток е много оскъдно, а на дълбочина от три метра снегът е стерилен (ако, разбира се, се изключат всички замърсявания). Всички предишни доклади за впечатляващото разнообразие от ледени и снежни микроорганизми (Priscu et al. Geomicrobiology of Subglacial Ice Above Lake Vostok, Antarctica, 1999, Karl et al. Microorganisms in the Accreted Ice of Lake Vostok, Antarctica, 1999, Christner et al. Limnological conditions in Subglacial Lake Vostok, Antarctica, 2006 (PDF) , 1097 KB)), очевидно трябва да се приемат като артефакт - те описват и изчисляват обичайното замърсяване за станцията. Всъщност броят на клетките в леда от първия тип е 0–24 на милилитър, а в леда от втория тип е 0–12 на милилитър. За сравнение, наличието на замърсители дава концентрация от около 5000 клетки/ml.

Досега единственият автентичен обитател на езерната ледена екосистема е открит в първия тип лед, съдържащ глинени частици. Това е термофилна бета-протеобактерияHydrogenophilus thermoluteolus(PDF, 1128 KB). Сигнали за наличието на тази бактерия са регистрирани на дълбочини от 3607 и 3561 м. Тази бактерия е изолирана за първи път от термалните извори на Япония и след това е открита навсякъде при подобни условия. Оптималната температура на растеж за нея е около50°C. Вероятно в антарктическите езера той също живее в утайките на геотермални разломи, използвайки водород като донор на електрони. Не са открити известни бактерии в лед тип II.

Сега, когато сондата достигна водата на езерото, започна нов етап от изследването.

Източници:1) Доклад на С. Булат до ПИН РАН. 2) С. А. Булат, И. А. Алехина и др. Клетъчни концентрации на микроорганизми в атмосферен и езерен лед на ядрото на Восток, източна Антарктика //Микробиология. 2009. Т. 78. № 6. Сc. 850–852. 3) Céline Lavire, Philippe Normand, Irina Alekhina, Serguey Bulat, Daniel Prieur, Jean-Louis Birrien, Pascale Fournier, Catherine Hänni, Jean-Robert Petit. Наличие на ДНК на Hydrogenophilus thermoluteolus в акреционния лед в подледниковото езеро Восток, Антарктика, оценено с помощта на rrs, cbb и hox // Микробиология на околната среда. 2006 том. 8. № 12. Стр. 2106–2114. 4) Жан Робърт Пети, Ирина Алехина, Сергей Булат. Езерото Восток, Антарктида: Изследване на подледниково езеро и търсене на живот в екстремна среда (глава от Лекции по астробиология, редактирано от Мюриел Гарго, Бернар Барбие, Ерве Мартин, Жак Рейсе) // Берлин: Спрингер, 2005 г. Том. 1.Pp. 227–288.