Однажды ранним утром, через два месяца после капитуляции нацистской Германии во Второй мировой войне, на аргентинскую военно-морскую базу в Мар-дель-Плата, находящуюся на некотором удалении от Буэнос-Айреса, прибыла немецкая подводная лодка U-530. Через месяц на базу прибыла еще одна немецкая подводная лодка. Узнав об этих маневрах, венгерский эмигрант Ладишлаш Сабо опубликовал статью, в которой выдвигал теорию, будто эти подводные лодки тайно перевозили в Антарктику Гитлера, Еву Браун и нацистских лидеров. Сабо выпустил книгу о тайном пристанище нацистов в Антарктике, и эта идея завоевала определенную популярность.
Реальность оказалась гораздо более будничной. Экипажи немецких подводных лодок узнали о поражении Германии, когда находились у американских берегов вблизи Нью-Йорка. Пытаясь добраться до потенциально дружественно настроенного государства, они пересекали океан по поверхности в ночное время и под водой днем, чтобы их не обнаружили. План не сработал, и их немедленно арестовали, но миф, рожденный статьей Сабо о секретном укрытии в Антарктиде, привлек к себе внимание.
Идея попала на богатую почву, уже подготовленную научной фантастикой. За несколько лет до того, как Сабо рассказал свою историю, Г. Ф. Лавкрафт опубликовал классический триллер “Хребты безумия”, в котором геолог из Мискатоникского университета города Аркхема открыл подо льдом инопланетную цивилизацию. Такие фантастические рассказы и мифы об обнаружении в Антарктике подледных военных баз, инопланетных космических кораблей и забытых цивилизаций стали популярной темой. Но, как оказалось, некоторые безумные идеи о том, что скрывается под антарктическим льдом, были справедливы.
Петр Кропоткин родился в 1842 году в аристократической русской семье и унаследовал титул князя и важные связи в высоких кругах. Он состоял на царской службе, в том числе служил в армии в Сибири. Во время службы он занимался любимыми интеллектуальными делами – политикой, географией, геологией и биологией. Обозревая сибирские просторы, он выдвигал теории о ледниковых периодах. Позже он сформулировал новые эволюционные идеи, называя основой изменчивости видов кооперацию и альтруизм. После завершения военной службы Кропоткин стал другим человеком. Идеи о важности кооперации в биологии привели его к пониманию, что государство – это сила, ограничивающая человеческий потенциал. По мнению Кропоткина, лучшая форма управления – минимальное управление. После ареста и побега за границу он разрабатывал теории о природных и общественных системах, которые подготовили его к борьбе против царского правительства. В Россию Кропоткин вернулся приблизительно в период большевистской революции – чтобы позднее оказать сопротивление и этому режиму.
В числе прочего Кропоткин много размышлял о льде. Его привлекли исследования таких физиков, как лорд Кельвин в Англии, который предположил, что в условиях повышенного давления в глубоких слоях ледников лед может превращаться в жидкую воду. Кропоткин развил эту идею. Из Антарктики возвращались экспедиции, рассказывавшие о ледяном континенте. Но Кропоткин видел что‐то еще. Он предположил, что подо льдом в Антарктике могут быть обширные озера – целый мир, скрытый от глаз под поверхностью льда.
Многие считали, что идея Кропоткина не сильно отличается от фантастического вымысла Лавкрафта или развлекательной истории Сабо. Теория Кропоткина о подледных озерах относилась к разряду спекулятивных гипотез, поскольку была очень странной и возможности науки того времени не позволяли ее проверить.
В 1957 году, после подписания Договора по Антарктике, Советский Союз построил первую из своих исследовательских антарктических станций. Считалось, что одна из них, станция “Восток”, названная в честь судна в составе первой российской антарктической экспедиции 1820 года, находится в одном из самых опасных мест, с самыми экстремальными условиями на всем континенте, если не на всей планете. Станция расположена на высоте около 4000 метров над уровнем моря, на дальней части ледяного мыса. Именно там зарегистрирована рекордно низкая температура на Земле: – 88 °C. Двадцать пять полярников – это легендарная команда, способная выживать в течение года в изоляции на самой отдаленной научной базе на Земле. В исследовательской работе на станции бывали трудные моменты. В 1959 году там сложилась критическая ситуация, когда двое полярников затеяли драку во время игры в шахматы. Один набросился на другого с ледорубом. Судьба жертвы неизвестна, но бытует легенда, что после этого игра в шахматы на станциях была на некоторое время официально запрещена.
На станции “Восток” работал необыкновенный человек. Андрей Капица – сын знаменитого российского ученого, удостоенного Нобелевской премии по физике в 1978 году. Андрей увлекся Антарктикой и защитил диссертацию о массе и передвижениях ее ледяного щита. Он заметил некоторую странность в результатах наблюдений за льдом вокруг станции “Восток” с воздуха. В отличие от обычной топографии движущегося льда – с насыпями, долинами и холмами – лед вокруг станции абсолютно плоский.
После первого пребывания в экспедиции на станции “Восток” Капица заинтересовался изучением процессов, происходящих под поверхностью льда. В 1964 и 1966 годах он привозил на станцию исследовательскую группу для определения сейсмических свойств льда. К тому времени сейсмический анализ передачи звуковых волн через лед уже позволял определять некоторые характеристики ледников, такие как толщина и динамика передвижения. Но результаты Капицы оказались странными. Вместо сигнала, соответствующего толще льда по контрасту с каменным дном, он наблюдал размытую интерференцию, как статичную картинку на экране старого телевизора. Эти данные выглядели бессмысленными. Исследования были прекращены. А позже большая часть результатов пропала при пожаре в Москве. Жизнь шла своим чередом, и Капица забыл об этих измерениях.
К началу 1990‐х годов Капица завоевал мировую известность благодаря своим исследованиям на станции “Восток”, и его пригласили в Англию на конференцию по полярным льдам. Когда британские ученые предъявили результаты наблюдений за состоянием льда вокруг станции “Восток”, которые велись с помощью самолетных радаров, картинки показались Капице знакомыми. Он уже видел такой рисунок. Из наблюдений с воздуха следовало, что лед не был гомогенным: он был гораздо более плотным сверху и гораздо менее плотным внизу. Не свидетельствовало ли это о наличии жидкой воды? Не указывали ли сейсмические показатели, топография льда и данные воздушных радаров на один и тот же неожиданный результат?
Вернувшись в Москву, Капица отыскал некоторые записи, все же сохранившиеся при пожаре. Позднее он вспоминал, как анализировал свои ранние сейсмические данные:
“Я смотрел на них и видел ошибку”. И добавил: “Когда сейсмические волны проходят через воду, продольные волны возвращаются, а поперечные нет. Здесь не было поперечных волн”. Данные Капицы указывали на наличие подо льдом озера, как и предсказывал Кропоткин столетие назад.
Толщина льда вокруг станции “Восток” составляет около 4000 метров, а озеро находится почти на три километра ниже поверхности. Это водное пространство, названное озером Восток, представляет собой шестой по объему резервуар пресной воды на планете, сравнимый с озером Онтарио. Теперь мы знаем, что в нем есть несколько островов и это одно из четырехсот озер с пресной водой под Антарктическим ледяным щитом. Некоторые из них, как озеро Восток, отделены от верхнего мира, возможно, уже более 15 миллионов лет.
В конце 1990‐х годов, вдохновившись открытием таинственного озера в нескольких километрах под поверхностью льда, российские, французские и американские ученые начали бурить лед, чтобы проникнуть вниз. Пожалуй, это был один из самых амбициозных проектов за всю историю антарктических исследований. Пробурить землю на глубину три тысячи метров в любом случае нелегкая задача. Однако станция “Восток” находится в очень специфическом месте. Летом температура там не поднимается выше –14 °C, и у полярников очень мало времени, чтобы в эту “хорошую” погоду привезти и установить бур, а потом извлечь керн льда. При такой температуре оборудование часто отказывает, а новые поставки бывают, скажем так, нерегулярно.
Но отбор кернов льда у станции “Восток” связан с еще одной сложностью. Подледное озеро было отделено от атмосферы на протяжении миллионов лет. При каждом бурении нужно принимать во внимание возможность загрязнения этого первозданного пространства. Буровые установки – грязное оборудование, поскольку для их работы нужны растворители, смазки и антифризы. В процессе бурения любое из этих веществ может попасть в озерную воду и изменить ее состав.
Отборы кернов льда на станции “Восток” начались в 1970 году. За каждый летний сезон работа продвигалась, но с наступлением суровой зимы вновь приходилось останавливаться. Первые скважины уходили на глубину до 2000 метров, что составляло примерно половину расстояния до озера, а потом бур застревал в скважине. И прежде чем продолжать работу, устройство приходилось вытаскивать на поверхность и чинить. В последующие десять лет было проделано несколько новых скважин, но каждый раз процесс останавливался из‐за поломок оборудования или потери головки бура в глубинах льда.
Через двадцать лет скважины стали шире, и появились новые технологии, позволявшие опускать бур на три километра от поверхности льда. Но отсрочки поставок оборудования и сложности бурения на такой глубине тормозили работу. Поскольку исследователи не хотели сверлить лед до самой поверхности воды, они останавливали бур примерно за 120 метров до того уровня, где, по их расчетам, была вода, и извлекали содержимое.
Лед на такой большой глубине обладает особыми свойствами. Керны синего льда, типичного для таких глубин, отражают химические свойства и физическую структуру снега из древних снегопадов, и с каждым годом этот снег становится все компактнее и плотнее. Но лед над озером Восток был другим: он был гораздо менее плотным и состоял из слоев льда, какие обычно формируются вокруг больших водных массивов. Лед с такой структурой и составом гляциологи называют аккреционным льдом – он образуется на границах озер и океанов. И из этого наблюдения следовал вывод: слоистый лед происходит из замерзшей воды озера, которое находится под ним.
Этот керн был первым контактом человечества с озером, исчезнувшим с поверхности планеты в те времена, когда наши предки все еще имели хвосты и жили на деревьях. Анализ содержимого керна неожиданно стал новым смелым предприятием.
Фрагмент аккреционного льда был передан американским ученым. Джон Приску из Университета штата Монтана получил образец длиной 50 см и толщиной 7,5 см и анализировал его в стерильном помещении в своей лаборатории в Бозмене, в Монтане. Разглядывая образцы под мощным сканирующим или трансмиссионным электронным микроскопом, он искал минеральные вещества, частицы и любые другие примеси, которые могли там содержаться.
“И нам повезло, мы стали находить микробов”, – рассказывал он позднее. И тут началось: едва обнаружив первую клетку, он стал видеть их повсюду. Подсчет показывал, что в одном миллилитре льда содержалось около 100 тысяч микробов, что примерно в десять раз меньше, чем в океанах или поверхностных озерах. Затем Приску и его коллеги начали выделять из воды ДНК. Они хотели прочесть последовательность всей ДНК изо льда и сравнить с базами данных, в которых содержатся гены известных микробов. Так можно было быстро определить, какие формы жизни находились в образце.
Секвенирование ДНК позволило обнаружить сотни видов микробов, живших на глубине нескольких километров под поверхностью льда. Как позднее рассказывал Приску, фрагмент льда со станции “Восток” изменил его жизнь. Теперь у него появился новый план исследований: он собирался начать поиски подледной жизни на всей территории Антарктики.
Джон Приску – летчик-любитель, автогонщик и подводник – сам себя называет адреналиновым наркоманом. Он умеет строить смелые планы. В 2000‐е годы, вскоре после публикации его результатов анализа льда со станции “Восток”, Приску был назначен американским представителем Научного комитета антарктических исследований, который дает советы разным странам по поводу приоритетности исследований на континенте. Он готов был поспорить, что его результаты однозначно демонстрировали гигантское разнообразие жизни подо льдом. И уговаривал комитет умножить усилия по поиску новых мест для бурения и анализа подледной жизни.
Но идеи Приску понравились не всем. Некоторые считали, что его данные могли быть артефактом бурения. Лед мог быть загрязнен буровым механизмом и людьми, которые к нему прикасались. Другие полагали, что озера не нужно трогать, чтобы не повлиять на их состояние и избежать возможного загрязнения.
Приску провел шесть лет за составлением планов следующих операций. Он считал, что нужно идти по пути наименьшего сопротивления. На станции “Восток” бурение длится десятилетиями и усложняется из‐за опасности загрязнений, организационных трудностей и политической ситуации. Приску хотел найти подледные озера, залегавшие не так глубоко, как Восток, до которых было легче добраться и где можно было применить стерильную технологию бурения.
Таким условиям соответствовало подледное озеро Уилланс. Оно находится в 500 километрах от Южного полюса и в двух неделях пути на тягаче от станции Мак-Мердо. Доставлять сюда продукты и снаряжение гораздо проще, чем на “Восток”. Кроме того, радары и сейсмические исследования показывали, что Уилланс лежит на глубине всего 550 метров под поверхностью льда.
Группе Приску удалось взять образцы воды из озера с помощью бура, стерилизованного ультрафиолетовым светом и пероксидом водорода во избежание заражения. Вернувшись в лабораторию, Приску провел такие же анализы, как десятилетие назад с керном со станции “Восток”.
Секвенирование ДНК выявило почти четыре тысячи видов организмов, обитающих в подледном озере Уилланс.
Группе Приску удалось выделить тринадцать из них и вырастить их в лаборатории.
Подледные микробы оказались не ослабленными или отставшими в развитии, а весьма разнообразными и процветающими и формировали обширную сеть экологических связей. Не имея источника энергии в виде солнечного света, они научились получать энергию за счет метаболизма аммиака, серы и железа из озерной воды. В периоды стресса они умеют обмениваться питательными веществами. У них даже есть химические сигналы для обмена пищей, с помощью которых они общаются, находясь на расстоянии микрометра друг от друга.
Радарные и сейсмические данные показывали, что озеро Уилланс образует дельту с выходом в Южный океан и соединено с ним уже как минимум 100 тысяч лет. Между жизнью подо льдом и в океане существует связь: микробы и питательные вещества из озера попадают в океан и влияют на микробное сообщество в морских глубинах.
В 2018 году группа Приску отправилась к другому подледному озеру – озеру Мерсер. Оно в пять раз глубже озера Уилланс и в меньшей степени испытывает на себе влияние океана. Исследователи применили новое оборудование, включая стерильный роботизированный зонд для получения изображений озера и аппарат для отбора кернов, пригодный и для отбора придонного ила.
Секвенирование последовательностей ДНК и микроскопический анализ организмов в воде из озера Мерсер показали, что микробная жизнь в нем менее активна, чем в озере Уилланс. Но в придонном иле таились неожиданные загадки. Ил привезли в лабораторию на станции Мак-Мердо, нанесли на предметное стекло и поместили под окуляр микроскопа. Дэвид Хервуд из Университета Небраски сухо назвал увиденное “совершенно неожиданным”. Он увидел каркасы клеток. Большинство из них принадлежали одноклеточным фораминиферам. Но были здесь и оболочки ракообразных, таких как тихоходка – животное размером с песчинку.
У тихоходок восемь ног, и за форму тела, как у плюшевого медвежонка, их иногда называют водяными медведями. Они славятся способностью выживать в самых экстремальных условиях и встречаются в осадочных породах Сухих долин у Мак-Мердо. Тихоходки обладают удивительным умением останавливать метаболизм и впадать в спячку почти на пять лет. Они выживают в таких средах и условиях, где погибают все другие организмы: от немыслимой жары при температуре +150 °C до сильнейшего холода при температуре ниже –200 °C. Известно, что они способны выживать в космическом вакууме. Благодаря всем этим геройствам и забавному внешнему виду под микроскопом тихоходки имеют множество почитателей.
Проточные воды внутри ледников могут переносить живых существ из одного подледного озера в другое. Но есть вероятность, что живые существа в некоторых местах, сегодня находящихся подо льдом, были изолированы от остальной жизни на планете на протяжении тысяч или даже миллионов лет. NASA отправляет космические аппараты для поиска жизни на других планетах, но на Земле тоже все еще есть места, где можно обнаружить неизвестную жизнь. Чтобы понять, как на Земле подо льдом возникла жизнь, нужны дополнительные исследования.
Пока Приску высверливал керны льда на озере Уилланс и готовился к экспедиции на озеро Мерсер, русские полярники продолжали буровые работы на станции “Восток”. В 2012 году команда “Востока” достала до воды. Но лунку закрыли, поскольку из‐за экстремальных погодных условий исследователи вынуждены были уехать до следующего сезона.
Микробиологу Скотту Роджерсу из Университета в Боулинг-Грин удалось получить немного льда из этого керна. С помощью новейших генетических технологий и соответствующей генетической микробиологической базы данных Роджерс сделал удивительные, хотя и противоречивые открытия. Как и Приску десятью годами ранее, Роджерс обнаружил микробов, способных перерабатывать минеральные вещества подо льдом, где нет солнечного света. Но здесь были и другие микробы, гораздо более удивительные. Какие‐то из этих видов могут жить только в кишечнике ракообразных, таких как речные раки. Другие встречаются только в пищеварительной системе рыб.
Некоторые исследователи настроены скептически и полагают, что подо льдом ни речных раков, ни рыб быть не может, не говоря уже о видах, находившихся в изоляции на протяжении миллионов лет. Но кто знает? Живой мир подо льдом остается для нас одной из самых больших тайн.