Учёные зафиксировали самую холодную температуру океана за всю историю Земли — и теперь задаются вопросом, как вообще выжила жизнь

Около 700 миллионов лет назад наша планета выглядела совершенно иначе, чем сегодня. Земля была почти полностью скована льдом: континенты, моря и океаны оказались скрыты под многометровым ледяным панцирем. Этот период геологи называют криогением, а его самые суровые фазы — эпохой так называемой «Земли-снежка» (Snowball Earth).

Долгое время считалось, что даже в эти экстремальные времена океаны оставались относительно «мягкой» средой, где температура воды колебалась около точки замерзания. Однако новое исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, переворачивает это представление. Согласно выводам международной группы учёных, температура океана в разгар одного из таких ледниковых периодов могла опускаться до минус 15 градусов Цельсия — холоднее, чем где-либо в мировом океане сегодня.

Эти данные не только устанавливают новый температурный «анти-рекорд» в истории планеты, но и заставляют по-новому взглянуть на один из главных вопросов эволюции: как жизнь вообще смогла пережить такие условия?

Земля подо льдом: что такое эпоха «Снежного шара»

Криогений длился примерно с 850 до 635 миллионов лет назад и включал несколько глобальных оледенений. Самым суровым из них считается стёртийское оледенение, длившееся приблизительно с 750 по 700 миллионов лет назад.

В этот период:

• ледники покрывали почти всю поверхность планеты;

• экваториальные регионы не были исключением;

• толщина льда, по оценкам, достигала сотен метров.

До сих пор учёные спорят, была ли Земля полностью покрыта льдом или всё же сохранялись узкие полосы открытой воды. Но даже в более «мягком» сценарии условия были экстремальными: слабый солнечный свет, резкое падение фотосинтеза и почти полное прекращение газообмена между океаном и атмосферой.

Камни как термометры древнего океана

Новые выводы основаны не на компьютерных моделях, а на геохимическом анализе древних горных пород, которые когда-то находились на дне океана.

Исследование началось с загадки. Геолог Пол Хоффман из Университета Виктории (Канада) обратил внимание на необычные слои окислов железа, найденные в породах криогенного возраста. Эти «ржавые» полосы образуются, когда растворённое в воде железо сталкивается с кислородом и выпадает в осадок.

Подобные образования известны и для более древних эпох, например, периода Великого кислородного события около 2,4 миллиарда лет назад. Но в криогенных слоях железные частицы оказались значительно тяжелее, чем ожидалось.

Почему?

Ответ — в температуре и солёности

Чтобы разобраться в этом, к работе подключились геохимики Кай Лу и Ляньцзюнь Фэн из Китайской академии наук. Они использовали экспериментальные данные и физико-химические модели, чтобы определить, при каких условиях могли формироваться столь тяжёлые железные осадки.

Результат оказался ошеломляющим:

• температура морской воды — около −15 °C;

• солёность — более чем в четыре раза выше современной.

Такая солёность понижает точку замерзания воды, позволяя океану оставаться жидким даже при экстремальном холоде.

«Эти цифры значительно повышают планку экологического стресса», — говорит соавтор исследования Росс Митчелл, геолог из Китайской академии наук.

Почему океан не замёрз полностью?

На первый взгляд, температура −15 °C кажется несовместимой с жидкой водой. Однако соль радикально меняет ситуацию. Современные примеры можно найти в Антарктиде, где подо льдом существуют сверхсолёные рассолы, остающиеся жидкими при температурах значительно ниже нуля.

Во время «Земли-снежка» солёность океана могла вырасти из-за:

• снижения поступления пресной воды (осадки были минимальны);

• активного выветривания и эрозии ледниками;

• ограниченного водообмена между разными частями океана.

Всё это создавало условия для существования крайне холодной, плотной, но всё же жидкой морской среды.

Альтернативные объяснения — и почему они не сработали

Команда также рассмотрела другие возможные причины появления тяжёлых железных осадков:

• поступление крупных частиц железа с ледниковой эрозией суши;

• выбросы железа из гидротермальных источников.

Однако расчёты показали, что ни один из этих факторов не объясняет наблюдаемую картину полностью. Только сочетание очень низкой температуры и высокой солёности давало совпадение с геологическими данными.

Геохимик Тимоти Конвей из Университета Южной Флориды, не участвовавший в работе, отметил, что подход авторов выглядит убедительно:

«Это модель с допущениями, но она опирается на экспериментальные данные и хорошо согласуется с наблюдениями».

Самый сложный вопрос: как выжила жизнь?

Если океан действительно был настолько холодным и солёным, условия для жизни выглядели почти безнадёжными. Тем не менее, мы знаем, что жизнь не просто выжила, но спустя десятки миллионов лет после окончания криогения дала начало бурной эволюции многоклеточных организмов.

Как это возможно?

Гидротермальные источники

Одна из гипотез предполагает, что жизнь укрылась возле подводных гидротермальных источников, где тепло и химическая энергия поддерживали экосистемы независимо от солнечного света.

Подлёдные экосистемы

Другой вариант — существование жизни подо льдом, в тёмных, но стабильных условиях, где микробы могли использовать химические источники энергии.

Талые водоёмы на поверхности льда

Некоторые учёные считают, что на поверхности ледяного покрова образовывались временные озёра талой воды. Аналоги таких экосистем существуют сегодня, например, на ледяном шельфе Мак-Мердо в Антарктиде.

Края ледников

Жизнь могла концентрироваться у границ льда и океана, где в воду поступал кислород из талой воды. Однако именно здесь организмы сталкивались с самыми экстремальными условиями — холодом и солёностью, подтверждёнными новым исследованием.

Современные аналоги экстремальной жизни

Подтверждение возможности такой адаптации даёт природа наших дней. Подо льдом озера Вида в Антарктиде обнаружены бактерии, живущие в холодных, солёных рассолах при температурах ниже −10 °C.

Это показывает, что даже в условиях, которые мы считаем почти непригодными для жизни, биология находит выход.

Почему это важно сегодня

Исследование криогенного океана имеет значение не только для понимания прошлого Земли.

Во-первых, оно расширяет наше представление о пределах выживаемости жизни — что важно для:

• астробиологии;

• поиска жизни на ледяных спутниках, таких как Европа или Энцелад.

Во-вторых, оно подчёркивает, насколько устойчивой оказалась жизнь перед лицом глобальных катастроф. После «Земли-снежка» последовал период бурного эволюционного развития, который в итоге привёл к появлению сложных организмов.

«Чем больше мы узнаём о том, насколько экстремальным был криогений, тем более поразительным кажется тот факт, что жизнь не просто выжила, но и расцвела после него», — отмечает геохимик Фатима Хусейн из MIT.

Итог: холод, который изменил историю жизни

Новая оценка температуры и солёности древнего океана показывает, что условия на Земле в прошлом были куда суровее, чем считалось ранее. Океан с температурой −15 °C и экстремальной солёностью — это не просто геологическая экзотика, а важный ключ к пониманию того, насколько живучей может быть жизнь.

И, возможно, именно благодаря таким испытаниям эволюция приобрела ту гибкость и изобретательность, которые позволили жизни однажды выйти из океана — и в конечном итоге задаться вопросом о собственном происхождении.