CC BY
49
В. В. ВЛАСОВ, В. Е. РЕПИН, В. С. ПРАСОЛОВ, Г. А. КАРПОВ
-
« '
ВЛАСОВ Валентин Викторович -академик РАН, доктор химических наук, директор Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН (Новосибирск). Лауреат Государственной премии РФ (1999)
~ -Ж, (ЯК
V. лее
Многоголосыйшепот
РЕПИН Владимир Евгеньевич -кандидат биологических наук, заведующий лабораторией микробиологии Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН (Новосибирск)
ФОТОРЕПОРТАЖ В. В. ВЛАСОВА
ПРАСОЛОВ Владимир Сергеевич -доктор биологических наук, заведующий лабораторией биологии клетки Института молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта РАН (Москва)
шЗМ »»ЧА. * ■!
КАРПОВ Геннадий Александрович -доктор геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией постмагматических процессов и заместитель директора Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН (Петропавловск-Камчатский)
_ \\ Ч 1 ¡Л1 >
На слух Узон воспринимается как многоголосое шептание: это поют крошечные парогазовые струи, со свистом и шипением вырывающиеся из недр на волю.
Кальдера этого затухающего вулкана - как чаша, сверкающая разноцветными красками среди суровых холодных гор, где парят теплые источники и бродят непуганые медведи. Именно здесь снимали фильм по известному роману Обручева «Земля Санникова»; туристы-экстремалы из разных стран сегодня готовы платить большие деньги и сутками ждать вертолета, чтобы хотя бы на пару часов попасть в этот труднодоступный, но такой манящий уголок Камчатки. Но фантастический, затерянный на краю света мир не только Мекка для любителей природы, но и естественная лаборатория, притягательная для ученых, занимающихся проблемами происхождения жизни
таге?.
^ Г- №
ЯЁ?1* - ЕЗ^ВЯ'ЙЕ
93
%
ЗШ
ч Ш
■ 41
Йулкан - одно из самых впечатляющих проявлений могучих сил природы - всегда рождает желание разобраться, каким образом работает эта природная лаборатория, где происходят во многом еще не познанные процессы выноса и трансформации глубинной энергии и вещества Земли.
Но человеку опасно находиться вблизи кратера активного вулкана: интенсивность его извержения непредсказуема, а температура лавы превышает 1000 °С; возможны выбросы ядовитых газов, горячего пепла. Другое дело - затухающие вулканы, чьи магматические очаги еще достаточно горячи, чтобы прогреть периферийные районы и питать теплом гидротермальные системы в течение десятков тысяч и даже миллионов лет. Такие объекты - излюбленное место работы вулканологов, геологов и биологов.
Одной из уникальных современных рудообразующих гидротермальных систем нашей планеты является кальдера затухающего вулкана Узон, которая расположена в поясе действующих вулканов Восточной вулканической зоны Камчатки. Она находится всего лишь в 80 км
к северу от Петропавловска-Камчатского, но попасть туда непросто...
Ёажчашёйй ©азиа
Первые публикации о горячих источниках Узона появились после экспедиций под руководством Карла фон Дитмара, организованных Российской академией наук в 1851-1855 гг. Кальдера Узона произвела на Дитмара неизгладимое впечатление: «Мы остановились на краю старого колоссального кратера. Здесь, в области снега и полного отсутствия растительности, словно какое-то чудо, развернулась перед нами исполинская котловид-ная долина, из глубины которой нам улыбнулась сочная зелень роскошной растительности».
С вертолета кальдера смотрится гигантским сказочным ковром размером 9 х 12 км, где голубыми блюдцами выделяются многочисленные крупные и мелкие озера. Как седобородые джинны, стоят султаны пара над кипящими источниками. Всюду змеятся ручейки горячей воды, окрашенные примесями минеральных
л
mgB
ж»
С
}
солей и колониями бактерий и водорослей во все цвета спектра.
Кальдера расположена в западной части крупной Узон-Гейзерной вулканотектонической депрессии, названной по двум структурам, ее составляющим, включая открытую через 100 лет после экспедиции Дитмара Долину Гейзеров.
Кальдера Узона - достаточно древнее образование. Около 370-750 тыс. лет назад на месте современной депрессии существовал крупный щитовой вулкан. Во второй половине среднего плейстоцена в результате взрывной деятельности в восточной части вулканического сооружения образовался гигантский кратер, из которого изливались мощные потоки стекловатого, кислого по составу материала. Оставшаяся в кратере лава вспенилась, образовав пемзовые отложения на востоке кальдеры.
Современный облик кальдеры сформировался около 40 тыс. лет назад после мощных подвижек сбросового и раздвигового характера.
Кроиоцкий заповедник
Петропавловск-Камчатский
оз. Кроноцкое
ВПК. Узон
впк. Кроноцкая Сопка
влк. Крашенинникова ■ | влк. Кихпиныч
влк. Кармская Сопка Кр
ОНО*««*
КАЛЬДЕРА (от исп. caldero - большой котел) - впадина с крутыми стенками и более или менее ровным дном, образовавшаяся в результате провала вершины вулкана вследствие мощного взрыва, но чаще - обрушивания или оседания кровли над изверженными массами. От кратера кальдера отличается происхождением и большими размерами (в поперечнике до 10—15 км и более). Часто кальдеры заняты озерами, к ним приурочены фумаролы и грифоны.
ФУМАР0ЛА (от итал. fumo - дым) - источник горячих газов в кратерах и на склонах вулканов, а также в корке остывающих лавовых потоков. Как правило, над крупными фумаролами клубится густой пар, поскольку в магме содержится большое количество воды. Помимо воды, через фумаролы выделяются газы, растворенные в магме: углекислый газ, оксиды серы, сероводород, галогеноводороды и др. Фумарольные дымы могут быть опасны для человека, но для некоторых видов бактерий они являются питательной средой. ГРИФОН - выход подземной воды из водоносной породы сосредоточенной струей, поднимающейся выше поверхности земли или дна водоема
Жа анё НФр^чёй чаше
Дно кальдеры представляет собой довольно плоскую низину, поднятую над уровнем моря на 650 м. Борта, сложенные черными базальтами, поднимаются вверх еще на 500-950 м. Далеко на юге отчетливо синеет вулканический массив Зубчатка. Есть верная примета: когда его островерхий гребень не затянут облаками - можно не бояться ухудшения погоды.
В широтном направлении кальдера рассекается серией тектонических разломов, по которым на поверхность выходят горячие растворы. Своим теплом они прогревают окрестные породы, благодаря чему в узкой, шириной не более 200-400 м, полосе кальдеры на протяжении 1,5-3 км практически не бывает снега. Озера с голубоватой и зеленоватой теплой водой привлекают уток, нередко остающихся здесь на зимовку.
На прогретых частях кальдеры, называемых термальными полями, - сотни мелких парогазовых проколов, бессточных воронок, грязевых котлов
На Восточном термальном поле выделяется красивое озеро, напоминающее своей формой цифру 8. Вода в озере мутная из-за взвешенных частиц глины
Новое здание исследовательского стационара в кальдере Узона построено на средства проекта «Микробное разнообразие для применения в биотехнологии» Министерства энергетики США
и грифонов с бурлящей водой. Суммарный вынос тепла естественными теплоносителями составляет 70 тыс. ккал/с. Температура воды в больших источниках достигает 96 °С, что соответствует точке кипения на высоте 650 м. Источники интенсивно парят перед плохой погодой, предваряющейся понижением атмосферного давления. В мелких лужицах-кратерах слышится бульканье кипятка, в более крупных выходах - уханье периодически вздымающихся фонтанов воды или жидкой грязи.
С юга к парящей равнине подходит топкая, заболоченная тундра с участками сухих полян, обильно заросших ягодником - голубикой, жимолостью и шикшей. На востоке и северо-востоке дно кальдеры несколько повышено. Здесь и на невысоких холмах остальной части кальдеры растет вечнозеленый кедровый стланик.
95 В центральной части чаши виднеются группы прямоствольных берез и камчатских сероватых каменных берез с изогнутыми, подагрически обезображенными наростами ветвями.
В северном секторе кальдеры находятся пять термальных полей. Самым крупным по площади и мощным по выносу тепла является Восточное, протянувшееся на 1,5 км в широтном направлении. Это излюбленное место исследований для вулканологов и биологов. Здесь, прямо на бере1у ручья, стоит их приют. Несколько лет назад старое здание стационара закончило свой век, а вместо него выстроено новое.
ЁФйШФчжФв швржайижФв
Восточное термальное поле начинается с озера Банное. Его глубокая чаша наполнена мутной серовато-белесой водой чрезвычайно комфортной температуры (39—45 °С). Благодаря наличию радона купание в озере успокаивает нервную систему: дневная усталость снимается мгновенно, переходя в приятную истому.
Конфигурация самого водоема и характер береговых отложений дают основания считать, что озерная воронка образовалась в результате взрыва. В июле 1989 г. на Банном озере произошел новый взрыв. Оказалось, что в озере существует ложное дно на глубине 32 м - корка расплава самородной серы.
Центральная часть поля представляет собой плоскую низину, покрытую мелкозернистым гравием темного цвета - обломками шлаков, базальтов, кусочками пемзы. Во множестве крупных и мелких воронок бурлит горячая вода и грязь - суспензия глинистых минералов. Большая часть воронок - бессточные; хотя температура воды в них не превышает 70-80 °С, она «кипит» за счет выделения вулканических газов.
Рядом с воронками с прозрачной водой соседствуют грифоны с мутной и грязевые котлы. Иногда воронки сливаются друг с другом, образуя систему «блюдец» с тонкими перемычками. Грунт в таких местах очень зыбкий, а под ним на глубине уже первых десятков сантиметров температура превышает 100° С. Неосторожные путешественники часто попадают в беду, провалившись в жидкую глину: выбраться трудно, а жар
Глинистые участки с грязевыми котлами - как огромная модель лунного ландшафта с кратерами вулканов
Вокруг воронок с выходом сероводорода развиваются венчики колоний тионовых бактерий, похожие на космы седовласой фурии
98
быстро становится нестерпимым даже сквозь резиновые сапоги. Неизменное правило исследователей - ходить в этих местах в высоких резиновых сапогах большего размера, которые можно быстро сбросить.
Северный борт термального поля представляет собой высокую террасу, где обильно растут ягодники. Непосредственно у термального поля борт террасы расчленен на пологие бугры, южные стороны которых лишены растительности. Они сверкают на солнце мокрыми глинистыми боками с разноцветными разводами и тонкими, зонально окрашенными кольцами, в центре которых видны мелкие отверстия, по которым просачивались растворы. На глинистых склонах встречаются глубокие (до 1,5—2 м) провалы, где плюхает и бурлит перемешиваемая газами густая глинистая масса.
На возвышенных участках видны развалы туфов с обильным содержанием кристаллической серы желто-зеленого цвета - серные бугры. Когда-то здесь интенсивно выходили парогазовые струи с сероводородом. Кое-где они встречаются и сейчас, образуя своеобразные башенки и натеки серы желтовато-белого цвета. Обнаженная, лишенная растительности поверхность в центре поля испещрена массой крупных и мелких воронок, блюдцеобразных грифонов, грязевых котлов. Особо выделяется громадная парящая поверхность Хло-ридного озера, названного так за хлоридно-натриевый состав своих вод.
В западной части Восточного термального поля расположен Нефтяной участок. Если здесь выкопать ямку глубиной 20—30 см, она заполнится горячей водой, на поверхности которой начнут всплывать маслянистые капельки. Нефтяной участок можно найти и по медвежьим следам: считается, что звери избавляются от назойливых паразитов, катаясь по нефтеносной земле.
А вот стайки уток облюбовали не замерзающее зимой теплое озеро Утиное, спрятавшееся под бугром, заросшим высокими и довольно стройными для этих мест березами. Здесь с берега в воду свешиваются вечнозеленые плети кедрового стланика и отражаются в спокойной озерной глади, придавая ей зеленый оттенок и какую-то колдовскую загадочность...
на стр. 103
КРАЙ НЕПУГАНЫХ МЕДВЕДЕЙ
Обычно медведи приходят сюда в апреле-мае. В это время повсюду еще лежит снег, а в кальдере уже зеленеет трава - деликатес при весенней бескормице. Звери с большим достоинством и явным удовольствием разгуливают по теплой узонской земле. Медведицы приносят потомство в январе и весной выводят из берлог «в свет» совсем еще крохотных медвежат, обычно двух или одного. На Узоне они чувствуют себя в полной безопасности.
При приближении человека к семейству самка не спеша уводит детенышей, четко контролируя безопасное расстояние. И горе тому, кто переступит условную линию границы: медведица может счесть ситуацию опасной для детей - а при всей своей видимой неуклюжести этот зверь массой около 400 кг легко развивает скорость до 55 км/ч.
Поэтому приближаться к мирно пасущимся в ягоднике животным не рекомендуется. У фотографов-профес-сионалов, публикующих снимки медведей, сделанные с очень близкого расстояния, есть свои секреты. Обычно в объектив попадают самцы, всецело занятые рыбной ловлей. При этом фотографа все время страхует сотрудник заповедника с винтовкой. Фотографы-любители действуют на свой страх и риск. Мы встретили семью фотографов, где один вел съемку медведя-самца, а второй держал наготове баллон с отпугивающим газом размером с автомобильный огнетушитель...
Максимальное число медведей, которое нам удалось наблюдать в кальдере Узона, насчитывало 11 особей, включая малышей. Медведица пасет молодежь два года. Потом она отпускает их в «большой мир», и цикл повторяется.
Но бывают и отклонения от правила: в 2008 г. мы встретили на Узоне знакомого молодого мишку, живущего там уже третий год и получившего за свой неопрятный вид и нрав кличку Поганец. Медведицы его тоже не очень уважают и при случае дают мощные оплеухи. Поганец удирает от разгневанных мамаш прямо по термальным полям, не обращая внимание на горячие лужи. Вообще камчатские медведи очень миролюбивы. Что и неудивительно: в местном животном мире они самые сильные, и естественных врагов у них нет. Опасность для человека таит лишь неожиданная встреча с животными. Медведи могут расценить это как покушение на их территорию или помеху для своих занятий - рыбной ловли или послеобеденного отдыха. Поэтому, передвигаясь в высоком кедровом стланике, лучше заранее выдать себя шумом, свистом или песней. Медведи, пасущиеся в разноцветной голубично-брус-нично-шикшевой тундре, стали неотъемлемой частью пейзажа кальдеры. Люди стараются не тревожить их, и они отвечают снисходительным равнодушием, как и подобает подлинным хозяевам Узона.
Грязевые вулканчики поразительно похожи на настоящие. Они попыхивают паром из кратеров и периодически изливают глинистую «лаву». На этих природных моделях имеются даже побочные кратеры и радиальные трещины. «Лава» вулканчиков представляет собой каолинитовые глины, образовавшиеся из пеплово-пемзовых туфов под воздействием серных паров и горячей воды. Сильным ударом можно пробить тонкий верхний покров - под ним пустоты, на дне которых кипит глина. Такие места очень опасны
102
Живжв в ёйт^гоеа
Вопрос о происхождении жизни и ее дальнейшей эволюции на Земле не теряет своей актуальности в научной среде.
Как известно, наша планета на ранних стадиях развития представляла собой огненный, постепенно охлаждающийся объект. Учитывая потенциальное «бессмертие» первых обитателей Земли - микроорганизмов, размножающихся простым делением, не вызывает сомнения предположение, что изучение этих «живых ископаемых» может открыть новые грани развития жизни. Такими ископаемыми, безусловно, являются ныне здравствующие термофильные бактерии и архе-бактерии - живая память о горячем прошлом нашей планеты.
Нужно заметить, что явление термофилии присуще исключительно низшим одноклеточным организмам. Причем если в какой-либо систематической группе мы обнаруживаем термофильный вид, то с большой вероятностью он оказывается наиболее близким к «прародителям». Камчатка и одна из ее жемчужин -кальдера Узона - уникальное место для проведения подобных исследований.
Горячие, насыщенные вулканическими газами воды источников - местообитание целого ряда специфических микроорганизмов. Нужно сказать, что в зависимости от условий внешней среды микроорганизмы способны впадать в состояние, подобное анабиозу, причем их жизнедеятельность может затухать на сотни тысяч и даже миллионы лет! Эти невесомые создания могут переноситься ветром на любые расстояния. В результате появление новых или возвращение к старым условиям приводят к бурному росту микробных сообществ. Так, выброшенный вулканами пепел стерилен лишь в течение короткого периода после извержения: единичные микробы обнаруживаются в нем уже после первого дождя!
Благодаря использованию специально разработанных в Институте химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН олигонуклеотидных зондов, позволяющих оценить «родство» бактерий по гену их рибосомного белка (16Б рРНК), удается быстро проводить оценку разнообразия микроорганизмов, не прибегая к традиционному культивированию. Кроме того, с помощью схожих методик можно идентифицировать организмы, обладающие новыми важными свойствами, - например, способностью продуцировать термостабильные ферменты, которые сегодня широко используются в биотехнологических целях.
Анализ микроорганизмов, ежегодно собираемых на Узоне, выявил по меньшей мере две тенденции. Во-первых, термофильные микробные сообщества кальдеры меняются в зависимости от изменения внешней
103
среды; постоянно обнаруживаются все новые и новые таксоны. Во-вторых, существует определенный набор даже не организмов, а реликтовых генных систем, которые постоянно циркулируют в этих специфических условиях, обнаруживаясь то у одного, то у другого бактериального штамма.
104
0 ?ата8 обры...
При первом знакомстве с кальдерой Узона поражает специфический запах сероводорода, иногда настолько сильный, что некоторые путешественники на несколько суток лишаются сна. Узон - великолепный полигон для исследований круговорота серы как необходимого элемента живой материи.
Сера обладает переменной валентностью, поэтому может образовывать широкий спектр самых разнообразных соединений. Циклические превращения серы происходят в основном благодаря окислительным и восстановительным реакциям. Но если первые могут протекать чисто «химическим» путем, то вторые - преимущественно с участием бактерий. В систематическом отношении группа бесцветных серных бактерий, объединенная по физиологическим признакам, весьма разнообразна, и далеко не все из описанных ныне видов и даже родов можно считать твердо установленными.
В последние десятилетия природный цикл серы подвергается усиливающемуся антропогенному воздействию, что приводит к накоплению токсичных соединений серы и нарушению ее природного баланса. И серные бактерии представляют собой не только бесценный по значимости объект эволюционных исследований, но и единственный фактор, способный обеспечить замкнутость цикла этого важнейшего химического элемента.
Серных бактерий на Узоне много: хотя сами бактерии малы, их массовые скопления в виде пленок и косм хорошо видны в прозрачной воде горячих ручьев.
105
В горячих источниках кальдеры широко распространены и цианобак-терии - первые фотосинтезирующие организмы на планете. Эти низшие одноклеточные организмы, которые не совсем точно называют сине-зелеными водорослями, как и высшие растения, на свету продуцируют кислород. На Узоне они покрывают тонкими пленками поверхность термальных источников, являясь своеобразными фильтрами, не пропускающими в атмосферу некоторые газы (например, метан и углекислоту).
Негодня в кальдере вулкана Узон выделено девять эталонных площадок для изучения биоразнообразия его микроскопических обитателей. Исследователи надеются найти здесь не только новые бактерии - «помощников» человечества, но и свидетельства древнейших этапов зарождения и эволюции земной жизни.
Ведь стоит ступить на горячую землю остывающего вулкана и увидеть мощные столбы пара от горячих источников и гейзеров, клокочущие грязевые котлы, насыщенные минералами разноцветные ручьи среди яркого пестроцветия изверженных пород - и веришь, что именно такой была наша планета в самом начале начал.
Литература
Власов B.B. Фонтаны Затерянного мира // Наука из первых рук. - 2007. -№1. - С. 118-123.
Власов В.В., Репин В.Е. Репортаж из Долины Смерти // Наука из первых рук. - 2009. -№2,- С. 76-89.
Репин В.Е., Дейнека Е.В., Симонов А.Н., Пестунова О.П., Колчанов H.A., Власов В. В., Прокопкин И. Г. Путешествие в горячую точку//Наука из первых рук. - 2007. -№ 1. - С. 98-117.
Репин В. Е., Власов В. В. Путешествие в невидимый мир // Наука из первых рук. - 2007. - №4. - С. 56-69.
Экспедиция частично финансировалась по проектам Президиума СО РАН
Авторы благодарят руководство Кроноцкого государственного биосферного заповедника и лично Т. И. Шпиленка за помощь в решении административных и организационных вопросов
