«Создать лабораторию астробиологии»
О перспективах исследования озера Восток мы попросили рассказать одного из непосредственных участников событий — кандидата биологических наук С.А.Булата, руководителя группы криоастробиологии (отделение молекулярной и радиационной биофизики, Петербургский институт ядерной физики им. Б.П.Константинова, Гатчина).
Сергей Алексеевич, первый вопрос: кто и где будет изучать воду из озера Восток?
Воду — настоящую воду, а не озерный лед, медленно намерзавший на подошву ледника, — привезут в мае 2013 года. Наш институт — соисполнитель программы по биологической части исследований этой воды. Работать с подобными образцами необходимо в специальных условиях, которых сегодня в России нет, их еще нужно создать. Как вы знаете, Петербургский институт ядерной физики сейчас стал частью научно-исследовательского центра «Курчатовский институт»: мы потеряли статус академического института и стали федеральным государственным бюджетным учреждением. В институте я возглавляю группу криоастробиологии. Мы занимаемся не только Востоком, но и вообще жизнью, которая может существовать при минусовых температурах: в снегах Монблана, Эльбруса, а также в других антарктических озерах, где температура около одного градуса и не выше; в планах у нас высокоширотная Арктика. Так вот, в связи с Востоком дирекция приняла решение: создать в ПИЯФе на основе нашей группы астробиологическую лабораторию, у которой будет блок холодных комнат для работы со льдом — там его можно будет смотреть, резать, деконтаминировать, то есть удалять загрязнения, и прочее. Почему именно здесь, в Гатчине? В том числе и потому, что Гатчина расположена недалеко от Санкт-Петербурга, где находятся другие научные учреждения, ведущие исследования по этой тематике, — НИИ Арктики и Антарктики, Российская Антарктическая экспедиция, которую возглавляет Валерий Владимирович Лукин, — и куда возвращается из Антарктики НЭС «Федоров» .
Простите, а раньше у группы криоастробиологии не было холодных комнат? Где же делалась эта часть работы?
Во Франции, как и указано в наших совместных публикациях. Мы сотрудничаем по анализу керна льда озера Восток с лабораторией гляциологии и геофизики окружающей среды в университете Гренобля. У них, в гляциологической лаборатории, есть специальные холодные лабораторные помещения с температурой -15оС, сертифицированные по классу чистоты помещения для работы с чистыми образцами снега и льда. Там лед обрабатывали, деконтаминировали, в этих же чистых помещениях его плавили и концентрировали, выделяли из образца ДНК и эту ДНК вывозили в Россию. Дальше идет стандартная молекулярная биология — у нас здесь нет сверхчистых условий, но, когда ДНК выделена и первичная амплификация генов проведена, это уже не важно. Росгидромет, Российская Антарктическая экспедиция, РАН и РФФИ заключили соглашение о двухстороннем сотрудничестве между Россией и Францией. Сейчас это сотрудничество принимает форму международной виртуальной лаборатории — сотрудники могут ездить из России во Францию и обратно и выполнять различные этапы работы в разных местах, там, где условия лучше. Но позиция России и лично генерального директора НИЦ «Курчатовский институт» М.В.Ковальчука — вернуть науку в Россию, делать все здесь. Поэтому такая лаборатория будет создана и у нас в ПИЯФе. Ничего подобного ей в России пока нет. Прежде всего это блок специальных холодных, «чистых» помещений для работы со льдом и водой озера Восток. Не секрет, что в академии положение с деньгами очень плохое, поэтому РАН, к сожалению, не могла это профинансировать. Но поскольку мы теперь федеральное бюджетное учреждение, лаборатория будет создана за счет федеральных денег. Сметная стоимость такой лаборатории, включая международную сертификацию, — около 40—50 млн. рублей (без учета оборудования, только помещение, системы кондиционирования воздуха и прочее), однако по меркам академии и это много. Понятно, что в такой лаборатории можно будет изучать не только воду озера Восток, а любые сверхчистые холодные образцы. Пока об этом рано говорить, но и пробы внеземного происхождения, если они будут доставлены сюда.
Астробиологию многие не принимают всерьез...
Напрасно. В ноябре 2010 года при Президиуме РАН был создан Научный совет по астробиологии, председателем которого стал Алексей Юрьевич Розанов (профессор кафедры палеонтологии геологического факультета МГУ, директор Палеонтологического института РАН. — Примеч. ред.). Насколько я слышал, даже в ВАКе введут специальность «астробиология». Готовится первый цикл лекций по астробиологии, их будут читать сначала в МГУ, в Новосибирске, потом в других университетах, может быть, и здесь, в Питере. Рано или поздно пробы грунта, льда с других планет окажутся на Земле, и к этому надо готовиться. Кстати, такие образцы должен был привезти «Фобос-Грунт» — его возвращение планировалось в 2014 году. К этому моменту астробиологическую лабораторию должны были создать в московском Институте геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского (ГЕОХИ РАН). Теперь, как вы знаете, есть договоренность академика Л.М.Зеленого, директора Института космических исследований РАН, о запуске второго «Фобос-Грунта». Но поскольку это произойдет нескоро, создание лаборатории пока притормозили. У нас время не терпит — вода в замороженном виде придет в мае следующего года.
Остался год, а лаборатории еще нет?
Есть чертежи, выделены деньги, и в конце этого года она будет строиться. Дата окончания работ уже предварительно определена: апрель 2013 года. Другая подобная лаборатория будет в Дубне, в Объединенном институте ядерных исследований — там организуют сектор астробиологии в лаборатории радиобиологии. Возглавляет этот сектор тот же самый академик А.Ю.Розанов. К сожалению, у них не хватает средств на создание холодной и «чистой» лаборатории в полном объеме, но в Гатчине, можно надеяться, будет полный вариант, со всем необходимым оснащением. Таким образом, у нас появятся две астробиологические лаборатории. Они будут отчасти дублировать друг друга, однако лаборатория в Дубне будет главным образом ориентирована на анализ космической пыли, собранной на Земле и в ближнем космосе с помощью наших космических аппаратов, таких как «Бион», «Фотон».
Какие еще исследования озера Восток запланированы на 2012—2013 годы?
Нам привезут керн озерного льда с глубины 3764 метра. По мере бурения мы анализировали все более близкие к воде керны озерного льда. Дело в том, что медленное намерзание воды на подошву ледника может идти неравномерно (мы не знаем форму нижней поверхности ледника), поэтому озерный лед может содержать в себе так называемые водные карманы, полости с водой. Если такой карман случайным образом попадает в керн, мы можем в этой воде найти образцы озерной жизни. Вот почему мы продолжаем изучать керны этого льда. Напомню, что проникновение произошло на глубине 3769 метров, а керн с глубины 3764 метра берем потому, что ниже, на последних трех метрах, лед оказался раздробленным, плохого качества. Вот этот керн, наиболее близкий к воде, мы будем анализировать в этом году, в июне. Мы не думаем, что шанс найти что-либо велик — маловероятно, чтобы водный карман оказался именно в керне диа- метром 11 см. Но если все-таки повезет, мы получим образец воды уже сейчас.
А что будет в следующих сезонах, когда в скважине снова разбурят ледяную пробку? Начнется прямое изучение воды?
Да, сотрудники ПИЯФ под руководством заместителя директора института В.Ф.Ежова разрабатывают батарею приборов, которые опустят в водную толщу озера Восток через скважину. Четыре прибора будут погружать в воду на тросе, конечно, не одновременно, а по очереди. Если случится внештатная ситуация, а этого исключать нельзя — все-таки четыре километра глубины, лучше потерять один прибор, чем все сразу. Что собой представляют эти приборы? Во-первых, это водозаборники. Под скважиной глубина около 700 метров. С разных горизонтов водного столба — 100, 200, 300 метров и так далее до дня — планируется отобрать воду в специальные контейнеры, герметичные и с подогревом, чтобы вода не замерзла, пока ее доставляют наверх через скважину в леднике. Во- вторых, будет погружена обычная гидрохимическая лаборатория, подобная тем, что используют для измерения параметров воды в океане: датчики давления, температуры, измерение мутности, рН, редокс-потенциала, растворенного кислорода, присутствия хлорофилла, родопсина, — всего пятнадцать разных датчиков. В-третьих, в институте разрабатываются портативные флуориметр и спектрометр. Эти приборы могут обнаружить в воде тирозин, триптофан, другие биомолекулы. Тирозин и триптофан — флуоресцентные аминокислоты, их может идентифицировать флуориметр, а спектрометр — разные пигменты.
В-четвертых, набор камер — не только видеокамеры, но также инфракрасные камеры, чтобы фиксировать тепловое излучение, возможно, тепловизоры.
В озере ведь полная темнота?
Естественно, видеокамеры будут со светодиодной подсветкой. Погружение приборов планируется на тот момент, когда русские буровики второй раз войдут в воду. Сейчас они вошли первый раз, вода поднялась и к настоящему моменту, вероятно, уже замерзла (время замерзания — примерно два-три месяца). Но теперь известна точная глубина. Нужно будет снова пробурить лед, остановиться на границе льда и воды и на границе раздела использовать герметичный транспортный модуль, в котором содержится тот или иной прибор, предназначенный для погружения. На поверхности приборы стерилизуют, затем транспортный модуль их доставляет вниз, открывается, приборы погружаются в воду и отбирают образцы либо получают необходимые данные. К активному передвижению в озерной воде эти приборы не способны, их будут поднимать и опускать на тросе. Но это только начало — возможно, в дальнейшем развитие робототехники позволит запустить туда мини-субмарины. Длина озера 250—300 км, в нем есть несколько котловин. Подвижный прибор получит гораздо больше информации, к примеру, он может найти выходы горячих вод. Там не будет, конечно, «черных курильщиков», как на дне океана, — показано, что вода озера Восток не обогащена гелием-3, но приток горячей воды предполагается.
Тепловизоры нужны, чтобы увидеть такие источники?
Да, они сразу покажут температуру — хотя и маловероятно, чтобы выход горячей воды был прямо под скважиной. Вообще, сейчас разрабатывается программа по изучению водной толщи озера Восток как минимум на десять лет. А ведь там не только вода огромного озера, сравнимого по величине с Байкалом, — там еще и сотни метров осадочных пород на дне, которые могут рассказать об истории озера, о жизни в нем. Антарктида, как известно, не всегда была холодной. На протяжении сотен миллионов лет она была частью суперконтинента Гондваны. Около 500 миллионов лет назад территорию современной Антарктиды пересекал экватор. В мезозойскую эру (65—250 миллионов лет назад), когда началось разделение Гондваны, в Антарктиде росли деревья, жили крупные позвоночные, в том числе динозавры. Антарктида начала становиться такой, какой мы ее знаем, примерно 30—35 миллионов лет назад, а последние 14—15 миллионов лет центральная часть континента постоянно покрыта льдом. При похолодании высшая жизнь в озере вымерла, могли сохраниться разве что палеонтологические свидетельства в осадочных породах. Но можно представить, что микроорганизмы выжили, постепенно адаптировались и к холоду, и, главное, к растущему содержанию кислорода. По этому поводу сейчас есть две общепринятые точки зрения. Первая — в воде озера Восток нет жизни, она стерильна, в частности, из-за высокой концентрации кислорода в воде. Согласно второй, какие-то формы жизни сумели приспособиться к этим условиям. Мы не знаем, насколько велик эволюционный потенциал микроорганизмов, в том числе бактерий. И мы сейчас не можем представить, какими могут быть эти бактерии, какие они выработали способы защиты от кислорода. Экологические ниши, сходные с Востоком, еще не изучались, так что можно сказать одно: если какие-то формы жизни будут найдены, это будут необычные, до сих пор не известные на нашей планете микроорганизмы. Однако нужно иметь в виду, что слой воды непосредственно под ледником может быть обедненным микроорганизмами по сравнению с глубинными горизонтами. Озеро огромное, как в нем происходит циркуляция воды, мы пока представляем только на уровне моделей, но очевидно, что поверхностный слой переохлажден. Живые организмы скорее будут обитать в средней толще воды либо у дна. А вода, которая хлынула в скважину после проникновения в озеро, — это именно вода из поверхностного горизонта.
То есть отрицательный результат ничего не будет значить?
Нет, конечно. Микроорганизмы, как правило, избегают переохлаждения, они стремятся туда, где теплее, ближе ко дну.
Остались ли у научной общественности еще сомнения по поводу возможного загрязнения озера? Не остановят ли работы снова по экологическим соображениям?
Нет, все согласовано, официальные разрешения получены. Остановки не будет.
Напоследок вопрос, который задают наши читатели-небиологи. Не могут ли микроорганизмы из озера Восток оказаться возбудителями какой-нибудь страшной древней болезни?
Читатели могут не волноваться, это абсолютно исключено! Микроорганизмы, если они существуют, приспособлены к специфическим условиям Востока и ни в каких других условиях жить не смогут. В том числе и внутри организма теплокровного животного, например человека.
Беседовала Е.Клещенко.