Если микробы способны выживать при очень низком pH, близком к нулю, что происходит на другом краю спектра: могут ли они существовать в щелочной среде, при очень высоком значении pH? Нам повезло, поскольку под поверхностью Земли есть места, которые позволяют ответить на этот вопрос. Грязевые вулканы (я упоминала о них в главе 1) называются вулканами, хотя, вообще говоря, выплевывают они не лаву или перегретый пар, а грязь и жидкость, и их извержения бывают спровоцированы не перемещениями расплавленной мантии, как в случае обычных вулканов. Обитатели многих грязевых вулканов сталкиваются с противоположной проблемой, нежели микробы из вулкана Поас. Они вынуждены справляться с очень высокими показателями pH.

Может показаться, что среды с таким уровнем pH, как в растворах чистящих средств, встречаются редко – в каких-то очень специфических геологических условиях. Однако планете безразлично, что мы с вами считаем нормой. Под поверхностью Земли среды с высоким уровнем pH – обычное дело, особенно если речь о первозданной планете. Сегодня среды с высоким pH распространены благодаря повсеместности серпентинизации – процесса, приводящего к образованию химических соединений, из которых хемолитоавтотрофы создают клеточную биомассу. Если хемолитоавтотрофы – это “растения” подземного мира, то серпентинизация – их “солнце”. Пожалуй, роль этого процесса для развития жизни даже важнее роли нашего Солнца. Дело не в том, что он поддерживает рост такого же количества биомассы, как Солнце, – растения, безусловно, в этом соревновании выигрывают. Дело в том, что без серпентинизации в нашем мире, возможно, вообще никогда не было бы растений.

Серпентинизация происходит тогда, когда породы из верхнего слоя мантии и нижних слоев океанической коры выталкиваются наверх и оказываются на глубине не более десяти километров под поверхностью Земли, где они взаимодействуют с водой. В этой реакции образуются минералы лизардит и серпентинит (отсюда и термин). В результате серпентинизации все становится текучим, поэтому грязевые вулканы перемещаются и переносят химические вещества под поверхностью Земли. Однако для жизни важно скорее то, что в ходе этих реакций выделяется огромное количество водорода – а это почти универсальная пища для микробов. Кроме того, водород может взаимодействовать с диоксидом углерода с образованием метана и многих других органических молекул, которыми питаются различные микробы. Таким образом, серпентинизация обеспечивает все необходимое для жизни, а для нее самой требуются лишь вода, горные породы и умеренно повышенная температура. Этот процесс столь прост, что многие исследователи полагают: именно он стимулировал появление первых форм жизни на Земле⁵. Более того, он еще может быть источником жизни на других планетах, астероидах или спутниках планет.

Однако, хотя серпентинизация чрезвычайно полезна для жизни, у нее есть побочный эффект. В ходе этих химических реакций значение pH повышается до 10 или 12. Иными словами, серпентинизация действительно обеспечивает бесплатный шведский стол, но только залитый отбеливателем[35]. Впрочем, жизнь нашла способы с этим справляться. Борьба со щелочью в какой-то степени аналогична борьбе с кислотой. В щелочных условиях микробам не нужно строить преграды, чтобы избавляться от протонов, им нужно строить преграды, чтобы предотвратить их утечку⁶. Микробы постоянно закачивают протоны в клетку взамен ионов натрия, которые выкачивают наружу. Аналогично ацидофилам, алкалофилы (микробы, предпочитающие щелочные условия) вынуждены были согласиться, чтобы pH внутри их клеток был повышенным, больше 8.

В результате многие такие организмы оказываются не в состоянии жить при нейтральных значениях pH, ведь им пришлось приспособиться к иному образу жизни. Однако главная проблема таких клеток – получение энергии. Вспомним, что большинство форм жизни используют протон-движущую силу, специально выкачивая протоны из клетки для создания градиента. Но если вы живете при pH = 12, то выкачивание протонов из клеток наружу – проигрышный вариант. Поскольку среда в целом лишена протонов, как только вы выталкиваете протон наружу, он тут же исчезает в щелочи и уже никогда не вернется, не поможет синтезировать АТФ. Алкалофилы никак не могут создавать такой протонный градиент, который направляет выработку энергии в клетках большинства остальных обитателей Земли. Одно хитроумное решение заключается в том, чтобы построить внутренние мембраны, что позволяет алкалофилам закачивать протоны в контролируемое пространство. Но вот клетки без внутренних мембран вынуждены рассчитывать лишь на небольшое количество энергии от электрического градиента, возникающего при выкачивании ионов натрия. Хотя серпентинизация создает энергетически богатую среду, обитающие здесь микробы не чувствуют этого изобилия. Из-за высокого значения pH они не могут извлечь много энергии из всего того водорода, который при серпентинизации выделяется. Как будто у них в кишечнике завелся ленточный червь.

Впрочем, мы пока еще не очень хорошо понимаем, как микробы живут при высоком значении pH. Рассмотрим в качестве примера некультивируемый тип микроорганизмов NPL-UPA2, недавно обнаруженный в подземных источниках с чрезвычайно высоким значением pH, где происходит серпентинизация⁷. Этот организм напоминает гибрид бактерии и археи, и геном у него довольно странный. Пока мы не знаем, как он выживает при таком высоком pH. Поскольку этот микроб находится на другой ветви древа жизни, отдельно от всех известных культур, вероятно, он освоил какие-то новые, причудливые способы адаптации к подобным условиям – такие, о которых мы пока даже не догадываемся.