Последняя миссия «Биосферы-2»: изучение зарождения жизни на Земле и превращения безжизненных миров в обитаемые

«Биосфера-2» — это комплекс площадью 3 акра в аризонской пустыне, включающий различные экосистемы: от тропического леса до экспериментального океана. Сегодня одна из его ключевых экспериментальных площадок — «Обсерватория эволюции ландшафта» (Landscape Evolution Observatory). Здесь на склонах из измельчённой вулканической породы изучается, как жизнь колонизирует и преобразует безжизненный ландшафт. Эта работа важна для понимания будущего человечества как на Земле, так и, в перспективе, на других планетах.

Как жизнь на Земле влияет на планету

Организмы не просто населяют поверхность — они глубоко влияют на геологию и состав атмосферы:

• Цианобактерии 2–3 млрд лет назад начали производить кислород посредством фотосинтеза, что привело к насыщению атмосферы O₂.
• Кислород позволил развиться аэробному дыханию — высокоэнергетическому метаболизму, который в итоге сделал возможной многоклеточную жизнь.
• Кислород в верхних слоях атмосферы образовал озоновый слой, защитивший поверхность от ультрафиолетового излучения и позволивший жизни выйти на сушу.
• С выходом растений на сушу 400 млн лет назад биологически усилился процесс выветривания: корни растений доставляли CO₂ прямо в почву, ускоряя химические реакции. Это привело к удалению CO₂ из атмосферы, охлаждению планеты и формированию современного умеренного климата.

Как организмы колонизируют новые ландшафты

Процесс первичной сукцессии начинается, когда простые микробы заселяют безжизненную территорию. Они производят органические молекулы — метаболиты, — которые изменяют почву. Это позволяет поселиться более сложным организмам, например, мхам, а впоследствии — крупным растениям с корнями, которые регулируют поток воды и усиливают выветривание.

«Обсерватория эволюции ландшафта» идеально подходит для изучения этого процесса. Три её склона общей площадью 300 квадратных ярдов заполнены однородным измельчённым базальтом. Дождевая вода, проходя через склоны, собирается и анализируется на химический и биологический состав.

Используя методы метагеномики (идентификация всех микробных форм жизни) и метаболомики (анализ органических молекул), учёные наблюдают, как сообщества цианобактерий (потомков тех, что насытили кислородом атмосферу Земли) первыми закрепляются на склонах. Они фиксируют азот из воздуха, подготавливая почву для мхов. Эти бактериально-моховые сообщества постепенно распространяются, создавая условия для следующей фазы — колонизации крупными растениями с корнями.

Изучение этих процессов даёт ключи к решению современных проблем:

• Сохранение биоразнообразия — как сообщества распространяются и диверсифицируются.
• Управление водными ресурсами — как организмы трансформируют использование воды ландшафтом.
• Продовольственная безопасность — как растения становятся продуктивными в стрессовых условиях.

Применение на Марсе

Марс сегодня — безжизненная пустыня, но в прошлом он мог быть обитаем. Базальт, используемый в Обсерватории, — тот же тип породы, что и на поверхности Марса и Луны.

Планы по колонизации Марса (США, Китай, SpaceX) требуют решения «проблемы Мэтта Дэймона» — необходимости выращивать растения для пропитания. Однако марсианский реголит содержит соли и токсичные химические вещества, например, перхлораты, которые делают его непригодным для земных растений.

В «Биосфере-2» в камерах, имитирующих марсианские условия, проводятся эксперименты по детоксикации подобных почв. Один из подходов — использование перхлоратредуцирующих бактерий из экстремальных сред Земли, которые преобразуют перхлорат в безвредный хлорид.

Таким образом, эксперименты в «Биосфере-2» вносят вклад в науку терраформирования Марса. Вместе с другими разработками, такими как способы повышения температуры для поддержания жидкой воды, восстановление безжизненных сред на Земле может стать ключом к будущей жизни на Красной планете.