онах с интенсивным апвеллингом[63]. Двадцать процентов всех вылавливаемых в мире морепродуктов поступает из четырех крупнейших систем апвеллинга: Калифорнийского течения у западной части Северной Америки, течения Гумбольта вдоль тихоокеанского побережья Южной Америки, Канарского и Бенгельского течений у Западной и Юго-Западной Африки. Все эти системы вместе занимают всего 1 % поверхности океана, но они поставляют большую часть любимых морепродуктов на столы североамериканцев и европейцев. Тунец, выловленный в восточной Атлантике у берегов Африки и упакованный в банки, перуанские анчоусы, перемолотые в рыбную муку и скормленные лососям и креветкам на рыбных фермах, – все они питаются веществами, доставляемыми из глубин.
Углерод, движущийся в направлении, противоположном апвеллингу, в свою очередь, оказывает воздействие на все живое. Фитопланктон использует солнечную энергию для преобразования углекислого газа в углеводы. Часть углерода этих органических молекул потребляет зоопланктон, который затем выдыхает его в атмосферу в виде углекислого газа. Но другая часть углерода остается в океане: несъеденный фитопланктон погибает и опускается в виде морского снега вместе с мертвым зоопланктоном, его фекалиями, покинутыми домиками личинок и другим биологическим мусором. Морской снег ловят всевозможные его потребители – от наркомедуз до кальмаров-вампиров, а частицы, достигающие бездны, остаются на глубине и передаются дальше по пищевой цепи или же падают на дно, пополняя слои богатого органикой ила. Тысячи лет этот глубоководный углерод изгонялся в океанские бездны, где и оставался вдали от атмосферы.
В образовании морского снега, который в научных кругах называют «биологическим углеродным насосом», тоже происходят изменения. Весеннее цветение фитопланктона в северной части Атлантики, вызванное потеплением океана, приводит к огромным выбросам углерода, опускающегося на глубину. На абиссальных горах и холмах появляются «снежные наносы», потоки морского снега устремляются вниз по стенам подводных каньонов. В 2014 и 2015 годах в Южном океане, отдаленном регионе, который обычно представляет собой планктонную пустыню, лишенную жизненно важного питательного вещества – железа, было зафиксировано два случая массового цветения фитопланктона. Типичными источниками железа для океанов считаются материковые шельфы и атмосферная пыль, сдуваемая с суши. Однако анализ проб воды показал, что железо поднялось из ближайших глубоководных источников. Таким образом впервые была продемонстрирована роль гидротермальных процессов в активизации биологического углеродного насоса[64]. С вулканическими выбросами из мантии Земли на поверхность океана извергается железо, стимулирующее цветение фитопланктона, а образующиеся впоследствии лавины морского снега пополняют запасы углерода на глубине.
Кашалоты тоже удабривают поверхностные воды, поднимая железо из глубин. Во время пребывания в сумеречной и полуночной зонах все вспомогательные функции их организмов отключаются, пищеварение останавливается, поэтому киты испражняются только после всплытия на поверхность. Когда же они поднимаются, чтобы подышать и опорожнить кишечник, на воду всплывает богатое железом пятно жидких фекалий – идеальное удобрение для фитопланктона. Каждый год кашалоты в окрестностях Антарктиды приносят из глубин около пятидесяти тонн железа, способствующего его цветению. В результате из атмосферы ежегодно уходит в океан около 440 000 тонн углерода, что компенсирует выдыхаемый китами углекислый газ. Это делает китов чистыми поглотителями углерода, хотя теперь в гораздо меньших масштабах, чем раньше.
До начала промышленного китобойного промысла антарктические кашалоты доставляли удобрение для такого количества фитопланктона, которого было достаточно для ежегодного удаления из атмосферы более 2 миллионов тонн углерода, что эквивалентно годовому выбросу углерода в городе Вашингтоне.
Точная оценка количества углерода, уносимого в глубины океана морским снегом, является колоссальной задачей, учитывая масштабы, неустойчивость процесса и его сложность. Оценки варьируются примерно от 5 до 16 гигатонн углерода в год. Но помимо углерода в частицах морского снега, опускающихся под действием силы тяжести, еще больше этого элемента активно втягивается в глубокие воды в результате ежедневной массовой миграции к поверхности и обратно. Каждый день после заката солнца по всему миру из глубин наверх устремляется огромная волна из мириад живых существ – зоопланктона, рыбы, криля, кальмаров и желеобразных животных, которые поднимаются, чтобы поохотиться в относительной безопасности. На восходе они возвращаются во мрак глубин, где переваривают пищу и испражняются, высвобождая потребленный наверху углерод. Мощь этих «углеродных насосов» изучена пока не до конца, но они способны связывать не меньше углерода, чем частицы морского снега, опускающиеся под действием гравитации.
Все более очевидным становится тот факт, что океанические экосистемы имеют основополагающее значение для глобального климата. В общей сложности океан поглощает треть выбросов углерода, вырабатываемого человечеством, и это спасает Землю от катастрофической версии климатического кризиса в ближайшем будущем.
То, что нас ждет, непосредственным образом зависит от того, что происходит на глубине. Незначительные изменения в потоках морского снега могут существенно повлиять на связывание углерода в океане и, следовательно, на уровень углекислого газа в атмосфере. Влияние углеродного биологического насоса до конца не изучено. В 2020 году исследователи из Океанографического института в Вудс-Хоуле выяснили, что его эффективность сильно недооценена. Согласно традиционным климатическим моделям, считалось, что максимальный уровень глубины, на котором еще может происходить фотосинтез, составляет 150 метров. Однако множество собранных данных по замерам уровня содержания хлорофилла, определяющих, где на самом деле растет фитопланктон, продемонстрировали, насколько сильно различается глубина проникновения солнечного света по всему земному шару и в зависимости от времени года. Принимая во внимание чередование зон солнечного освещения, команда из Вудс-Хоула определила, что ежегодно океан поглощает в два раза больше углерода, чем предполагалось. Это доказывает, что так называемый биологический насос оказался гораздо мощнее и является важнейшим фактором глобального климата.
Чтобы оценить значение морских глубин, нужно заглянуть гораздо дальше в прошлое, вернувшись к истокам самой жизни, зародившейся около четырех миллиардов лет назад. Согласно ведущей теории, живые клетки возникли в морских глубинах, в частности, в гидротермальных источниках. Эту идею впервые выдвинул в начале 1990-х годов химик НАСА Майкл Рассел. Он предположил, что матрицами для живых клеток могли служить крошечные поры в стенках гидротермальных жерл, создавая необходимые условия для протекания жизнетворных реакций. Но для этого температура в жерле должна быть достаточно низкой, чтобы первые признаки жизни сразу же не превратились в переваренный первичный бульон. И вот в 2000 году исследователи наконец нашли прохладное жерло, соответствующее теории Рассела. Во время посещения массива Атлантиды, внушительной подводной горы к югу от Азорских островов и в четырнадцати с половиной километрах от Срединно-Атлантического хребта, ученые увидели гигантский лес белых карбонатных шпилей, образованных в результате химических реакций в породах морского дна. Самый большой был 30 метров в поперечнике и 60 метров в высоту. Это скопление белых курильщиков называют Затерянным городом. Предположительно, данная гидротермальная зона активна уже на протяжении как минимум 120 000 лет, что делает ее старейшей из открытых. Условия, подобные тем, что царят в этом месте, были распространены гораздо шире, когда планета была моложе, а земное ядро было более радиоактивным. И мы знаем, что гидротермальные источники, создающие условия для образования первых живых клеток, появились одновременно с океаном. В поисках искры, из которой зародилась жизнь, ученые воссоздают условия первозданных морских глубин в своих лабораториях, вдали от гидротермальных источников. В Лаборатории реактивного движения НАСА, расположенной в Калифорнии, Лори Бардж и Эрика Флорес вырастили миниатюрные гидротермальные источники высотой в несколько сантиметров, которые успешно генерировали аминокислоты. На следующем этапе исследователи планируют выяснить, могут ли эти маленькие молекулы накапливаться в гидротермальных жерлах и объединяться в пептиды, а затем в белки.
Крупный научный прорыв произошел в 2019 году в Университетском колледже Лондона (UCL), когда простые протоклетки объединились внутри реактора, имитирующего гидротермальное жерло. Смесь жирных кислот и жирных спиртов спонтанно образовала эти базовые клетки с мембраной вокруг капельки жидкости. В предыдущих исследованиях подобные протоклетки распадались в присутствии даже небольших концентраций хлорида натрия, что навело некоторых ученых на мысль о том, что нужно прекратить поиски истоков жизни в соленом океане. Но ученые из Университетского колледжа Лондона показали, что при правильном подборе ингредиентов вероятность образования этих простых клеток увеличивается, они становятся более стабильными при добавлении не только соли, но и тепла, что подтверждает теорию происхождения жизни в гидротермальных источниках.
Еще одно доказательство этой теории было обнаружено в 2017 году на севере Канады. В редком фрагменте древнейшей океанической коры, сохранившемся на материковой плите, ученые обнаружили микроскопические трубки и волокна вдвое тоньше человеческого волоса из богатого железом минерала гематита. Эти волокна имеют характерную для микробов, обитающих сегодня в гидротермальных жерлах, ветвящуюся структуру, что позволяет предположить, что они образовались в подобных древних источниках. Возраст пород, в которых были найдены эти мельчайшие структуры, составляет как минимум 3,77 миллиарда лет, что делает их самыми старыми окаменелостями в мире и останками самых ранних живых клеток