не в состоянии увидеть лишайник, это лихенологи. Все потому, что они рассматривают их по частям, как их и учили. Беда в том, что если вы смотрите только на части, самих лишайников вы не видите».
Именно новые формы лишайников интересны с астробиологической точки зрения. Как было сказано в одной научной работе, «трудно представить себе биологическую систему, которая бы лучше суммировала характеристики живого на Земле». Лишайники – маленькие биосферы, включающие в себя как фотосинтезирующие, так и нефотосинтезирующие организмы, таким образом объединяя главные метаболические процессы планеты. В некотором смысле лишайники – это микропланеты, целые миры, уменьшенные в размерах.
Но чем же занимаются лишайники, вращаясь на орбите вокруг Земли? Чтобы справиться с проблемой наблюдения за образцами в космосе, члены BIOMEX собрали самые выносливые лишайники вида Circinaria gyrosa с засушливых высокогорий в Центральной Испании и отправили их на тренажер, имитирующий марсианские условия. Поместив лишайники в условия, близкие к условиям открытого космоса, они надеялись в режиме реального времени измерить жизненную активность лишайников. Как выяснилось, измерять было особенно нечего. В течение часа после того, как был «включен» марсианский режим, лишайники почти прекратили фотосинтез. Они находились в спящем состоянии все оставшееся время в тренажере и возобновили нормальную жизнедеятельность после регидратации через 30 дней.
Хорошо известно, что способность лишайников выживать в экстремальных условиях связана с тем, что они впадают в «анабиоз». Исследователи обнаружили, что их можно успешно реанимировать после 10 лет пребывания в высушенном состоянии. Если их ткани полностью обезвожены, то замораживание, оттаивание и нагрев не причиняют им никакого особенного вреда. Высушивание также защищает их от наиболее опасного воздействия космических лучей – крайне вредных для структуры ДНК свободных радикалов. Они возникают в результате расщепления молекулы воды на две составляющие под воздействием излучения.
«Анабиоз» – наиболее важная стратегия выживания лишайников, но не единственная. Наиболее выносливые виды лишайников снабжены коровым слоем, который защищает их от вредных лучей. Кроме того, они способны вырабатывать более тысячи химических соединений, которые нельзя найти больше ни в одной форме земной жизни; некоторые соединения действуют как защитные экраны от солнечных лучей. Эти химические соединения – продукт инновационного метаболизма – породили разного рода взаимоотношения с людьми. Мы используем лишайники в медицине (антибиотики), парфюмерии (дубовый мох), как красители (твид, тартан, лакмусовый индикатор pH) и употребляем их в пищу – один из лишайников является основой смеси специй «гарам масала». Многие грибы, которые производят важные для людей соединения, включая пенициллиновые плесневые грибы, были лишайниками на более ранних этапах эволюционной истории, но затем бросили это дело. Некоторые ученые предполагают, что ряд таких соединений, включая пенициллин, могли служить защитой предкам-лишайникам и продолжают существовать по сей день как метаболическое наследие этих отношений.
Лишайники – экстремофилы, то есть способны выживать в совершенно иных, враждебных нам мирах. Их выносливость непостижима. Соберите образцы из вулканических источников, из сверхгорячих геотермальных ручьев, из-под километровой толщи антарктического льда, и вы обнаружите живых микробов, пребывающих там, по всей видимости, в полном здравии. Недавние находки ученых Обсерватории глубинного углерода (Deep Carbon Observatory) говорят о том, что больше половины всех бактерий и архей – инфраземлян, как иногда называют их, – живут на глубине нескольких километров и подвергаются колоссальному давлению и высочайшей температуре. Эти подземные миры так же разнообразны, как тропические леса Амазонки, и содержат миллиарды тон микробов, что в сотни раз превышает суммарный вес живущих на планете людей. Некоторым видам тысячи лет.
Лишайники поражают не меньше. В действительности их способность выживать в разных экстремальных условиях позволяет классифицировать их как полиэкстремофилов. В самых жарких и засушливых пустынях мира вы найдете лишайники, процветающие в виде коросты на обожженной земле. Здесь лишайники играют важнейшую экологическую роль, стабилизируя песчаную поверхность пустыни, уменьшая силу и число песчаных бурь и предотвращая дальнейшее опустынивание земель. Некоторые лишайники растут в трещинах, или кавернах, твердых пород. Авторы одной научной работы сообщали о лишайниках, обнаруженных внутри кусков гранита, и признавались, что не имеют ни малейшего представления о том, как те могли туда попасть. Несколько видов лишайников достигли ошеломительного успеха в выживании в Сухих долинах Мак-Мердо (бесснежных просторах антарктических оазисов) – экосистеме с такими лютыми условиями, что ее используют для имитации условий на Марсе. Длительные периоды отрицательных температур, сильнейшее ультрафиолетовое облучение и почти полное отсутствие воды их, кажется, совершенно не тревожат. Даже после погружения в жидкий азот температурой –195 °C лишайники быстро оживают. Лишайник-рекордсмен живет в шведской провинции Лаппланд уже более 9000 лет.
В мире экстремофилов, удивительном по определению, лишайники выделяются по двум причинам. Во-первых, это сложные многоклеточные организмы. Во-вторых, они возникли благодаря симбиозу. Большинство экстремофилов не создают ни таких мудреных форм, ни длительных устойчивых взаимоотношений. Именно это так привлекает астробиологов. Лишайник, аккуратный набор жизненных форм, движущийся в космосе, – целая экосистема, но и единое целое. Можно ли найти более подходящие для межпланетных путешествий организмы?
Хотя в ряде работ была продемонстрирована способность лишайников выживать в открытом космосе, для транспортировки между планетами им пришлось бы выдержать еще два испытания. Во-первых, катапультирование с планеты на метеорите. Во-вторых, повторное вхождение в атмосферу планеты. И то и другое сулит немалую опасность. Однако покидание планеты и связанный с этим шок вряд ли представляет непреодолимое препятствие для лишайников. В 2007 году исследователи показали, что лишайники способны выдержать ударные волны силой 10–50 гигапаскалей, что в 100–500 раз больше, чем давление на дне Марианской впадины, самого глубокого места на Земле. Это в пределах ударной нагрузки, испытываемой камнями, которые метеориты выбивают с поверхности Марса, задавая им вторую космическую скорость. Повторное вхождение в атмосферу планеты может оказаться более серьезной проблемой.
В 2007 году образцы бактерий и живущих на камнях лишайников были закреплены на теплозащитном щите спускаемого аппарата, который должен был снова войти в атмосферу. Объятая пламенем капсула летела сквозь атмосферу Земли, и образцы 30 секунд подвергались воздействию температур выше 2000 °C. Камни частично оплавились и приняли новую форму. При анализе никаких абсолютно живых клеток найдено не было. Этот результат не сломил астробиологов. Некоторые утверждают, что формы жизни, заключенные внутри метеоритов, защищены от подобных экстремальных воздействий. Другие указывают на то, что большая часть того, что попадает на Землю из космоса, – это микрометеориты, космическая пыль. Эти мелкие частицы испытывают меньшее трение и подвергаются потому более низким температурам, проходя через атмосферу. Стало быть, у них больше шансов благополучно донести до поверхности Земли жизненные формы, чем у капсул космических ракет. Как бодро заявляют многие исследователи, вопрос остается открытым.
Никто не знает, когда лишайники появились. Самые ранние окаменелости относятся к эпохе, предшествующей рубежу в 400 миллионов лет назад, но вполне вероятно, что организмы, подобные лишайникам, существовали и раньше. С того момента лишайники как независимые организмы пережили от 9 до 12 трансформаций. Сегодня один из пяти известных видов грибов образует лишайник. Некоторые грибы (например, пенициллиновые плесневые грибы) образовывали когда-то лишайниковые союзы, но после перестали; они больше не являются частью лишайникового партнерства. Другие грибы переключились на иные типы фотосинтезирующих партнеров, то есть снова вступили в «лишайниковые» отношения, в ходе эволюции. Для третьей группы грибов вступление в симбиотические отношения остается опцией; они могут жить как лишайники в зависимости от обстоятельств.
Как выясняется, грибы и водоросли сходятся при малейшей возможности. Попробуйте вырастить много типов самостоятельных грибов и водорослей вместе, и в течение нескольких дней они объединятся во взаимовыгодном симбиозе. Разные виды грибов, разные виды водорослей – это, кажется, неважно. Совершенно новые симбиотические отношения зарождаются быстрее, чем отходит струп. Эти замечательные изыскания, редкие наблюдения за рождением симбиотических отношений были опубликованы в 2014 году исследователями Гарвардского университета. Когда грибы выращивали вместе с водорослями, они образовывали единства, походящие на мягкие зеленые шары. Это были не те замысловатые формы, которые изображали Эрнст Геккель и Беатрис Поттер. Но, с другой стороны, они и не проводили в обществе друг друга миллионы лет.
Не всякий гриб может вступить в партнерство со всякой водорослью. Чтобы симбиоз состоялся, должно выполняться одно условие: каждый из симбионтов должен уметь делать то, на что не способен другой. «Личность» каждого из партнеров не так важна, как их экологическая совместимость. По словам теоретика эволюции У. Форда Дулитла, «песня, а не певец» оказалась важней. Этот вывод проливает свет на способность лишайников выживать в экстремальных условиях. Как отмечает Говард, лишайники по своей природе – своего рода «брак под дулом пистолета», который заключается в условиях, слишком суровых для выживания любого из партнеров в одиночку. Когда бы лишайники ни возникли, само их существование подразумевало, что жизнь вокруг была невыносимой для каждого из симбионтов и что только вместе они могли составить метаболическую «мелодию», которую в одиночку ни один из них не вытянул бы. Если подходить к вопросу с этого угла, экстремофилия лишайников, их способность жить на грани, так же стара, как сами лишайники, и является прямым следствием их симбиотического образа жизни.