Микробы могут помочь определить наше климатическое будущее

Осенью 1993 года в Тихий океан вошло судно с почти 1000 фунтов кристаллов железа, упакованных в бочки, а затем сбросило всё это в волны. На следующее утро вода окрасилась в нежно-зелёный цвет благодаря вновь проросшему фитопланктону. Микроорганизмы, которым для роста необходимо железо, в процессе метаболизма втягивают в себя углекислый газ из воздуха. Учёные уже знали, что атмосфера Земли переполнена этим газом и что планете скоро понадобится охлаждение. Так почему бы не выращивать больше крошечных существ, которые могли бы помочь? Джон Мартин, океанограф, который стал пионером этой идеи, сказал так: «Дайте мне полтанкера железа, и я подарю вам ледниковый период». (Он, конечно, шутил, но не на 100%.)

«Удобрение» океана железом — это одна из форм геоинженерии, набор технологий, которые привлекают своим потенциалом значительного изменения систем Земли и вызывают споры по той же причине. В настоящее время некоторые методы геоинженерии, такие как распыление химикатов в небе, чтобы побудить облака давать больше осадков и облегчить засуху, уже используются. Учёные начали реальные демонстрации «осветления облаков»: они «посыпают» небо морской солью, чтобы увеличить количество солнечного света, отражаемого облаками. И даже более спорные подходы — например, инъекции в стратосферу блестящих соединений серы для блокировки солнечных лучей — становятся частью основных дискуссий о климате. Все эти методы имеют неопределённую эффективность, связаны с неизвестным риском и могут повлечь за собой нежелательные последствия.

По мере того как планета нагревается, геоинженерия готова к беспрецедентным манипуляциям с ней, независимо от того, изобретают ли исследователи машины для высасывания парниковых газов из атмосферы или подталкивают микроорганизмы, чтобы они сделали это за них. Взаимодействие с домашним планктоном кажется менее кардинальным подходом, чем, скажем, установка в космосе массивного зонтика, чтобы затенить планету от света её звезды. Но эта область настолько нова, что учёные пока не знают, действительно ли геоинженерия с помощью микроорганизмов будет более щадящей формой вмешательства в климат. Микробы, в конце концов, играют огромную роль в окружающем нас мире и внутри нас – мне стоит причислить к соавторам этой истории триллионы микроорганизмов, живущих в моём теле. Чтобы сохранить Землю пригодной для жизни, учёные должны понять, как именно микроскопические существа, окружающие нас, могут быть полезны и, возможно, даже будут предпочтительнее более фантастических подходов к охлаждению планеты.

Микробы, самые распространённые организмы на Земле, с незапамятных времён убирают оставляемый людьми беспорядок, а в последнее время помогают поддерживать современную жизнь. Они разлагают содержимое мусорных свалок, очищают водоёмы от загрязнений, разлагают загрязняющие вещества в очистных сооружениях и разъедают разливы нефти. Однако в крупномасштабных климатических решениях микробы «ужасно мало используются и совершенно не учитываются», — сказала мне Лиза Стайн, профессор биологических наук из Университета Альберты. По словам Стейн, микробы практически не учитываются в докладах Межправительственной группы экспертов по изменению климата о будущих климатических сценариях. Но она и другие учёные говорят, что они могут сыграть важную роль в борьбе с антропогенным изменением климата.

Один из наиболее предпочтительных подходов основан на использовании метана — чрезвычайно мощного парникового газа, на долю которого приходится 30 процентов роста глобальной температуры. Мэри Лидстром, заслуженный профессор химического машиностроения и микробиологии Вашингтонского университета, работает над генетической модификацией бактерий, которые в естественных условиях потребляют метан в качестве источника пищи, чтобы микробы извлекали ещё больше газа из воздуха. Бактерии, известные как метанотрофы, будут жить внутри установок, известных как биореакторы, которые напоминают транспортные контейнеры. Такие биореакторы можно разместить рядом с известными источниками метана — свалками, угольными шахтами, нефтяными и газовыми скважинами и болотами, чтобы свести к минимуму количество метана, попадающего в воздух. Они могут очищать газ, который уже циркулирует в атмосфере, говорит Стайн, которая также является научным руководителем канадской кафедры микробиологии, связанной с изменением климата. Наука пока находится на ранних стадиях, но однажды «это может изменить темпы роста показаний нашего термометра», — сказала она. Исследователи также могут использовать микроорганизмы, питающиеся углеродом, живущие в почве, которая содержит больше углерода, чем атмосфера, изменяя состав почвы, чтобы повысить метаболическую способность бактерий.

Бактерии, метаболизирующие углерод, могут быть полезны и в океане. Мэтью Салливан, профессор микробиологии из Университета штата Огайо, изучает морские вирусы, которые заражают такие микробы и влияют на то, как они перерабатывают углерод. «Я сторонник того, чтобы использовать миллиарды лет работы, которую уже проделала природа», — сказал мне Салливан. Возможно, по его словам, определённые вирусы могут подтолкнуть эти бактерии к переработке углерода в его наиболее тяжёлые формы. В идеале бактерии будут скапливаться вместе и опускаться на дно океана, забирая с собой углерод, чтобы он не мог повышать глобальную температуру.

Масштабирование любого вида климатической инженерии — дело непростое. Например, для значительного замедления потепления, вызванного метаном, потребуется от 50 000 до 300 000 биореакторов Лидстрома, которые будут работать в течение 20 лет. А последующие эффекты трудно предсказать, не говоря уже о том, чтобы их сдержать. Вещество, внесённое в почву на одном участке земли, может попасть в совершенно другую экосистему через стоки или другим способом и нарушить её счастливое равновесие. Точно так же приток железа в южную часть Тихого океана может иметь последствия для других регионов мировых морей. Джей Леннон, профессор биологии из Университета Индианы в Блумингтоне, сказал мне, что вмешательство в борьбу с вирусами тоже может иметь нежелательные последствия: «Будет ли соответствующий расцвет вирусов, которые уничтожат весь этот фитопланктон и выбросят углекислый газ обратно в атмосферу?». Рут Варнер, профессор биогеохимии из Университета Нью-Гэмпшира, сказала мне, что такие вопросы важно рассматривать, но вмешательство человека постоянно влияет на жизнь микробов Земли. Например, каждое использование удобрений в сельском хозяйстве считается воздействием на микробов. «В этих местах мы уже проводили свои манипуляции», — сказала Варнер.

Много внимания уделяется возможности непредвиденных последствий геоинженерии, но почти столько же неопределённости существует и в отношении предполагаемых эффектов. Учёные не знают наверняка, насколько действенными окажутся многие из этих концепций, включая те, которые уже были испытаны вне лаборатории. Например, экспедиции на кораблях в 1990-х годах не задерживались надолго: путешествия были дорогими, и учёные не могли оставаться в море, чтобы определить, что именно происходит на глубине, сказал мне Дэвид Кирчман, морской биолог из Университета Делавэра. По его словам, для достижения максимального эффекта углерод, выведенный из атмосферы, должен оставаться погребённым не менее века. Однако вполне возможно, что если фитопланктон не опустится на достаточную глубину, «его просто съедят организмы в поверхностном слое океана, и CO₂ вернётся в атмосферу».

Учёные не проводили масштабных экспериментов по обогащению океана железом с 2012 года, но вскоре эти исследования могут возобновиться. Пара исследователей использует новое финансирование от Национального управления океанических и атмосферных исследований для моделирования эффективности этой методики. На горизонте не видно никаких морских путешествий, и все же исследования микробов могут быстро оказаться у той же пропасти, что и другие виды геоинженерных работ. Настоящее управление будущим Земли лежит за пределами климатических хаков, в реальном отказе от ископаемого топлива. Но чем жарче будет становиться планета, тем более привлекательной будет казаться геоинженерия. «Если не проводить масштабных изменений в поведении людей на всей планете, то при нынешнем развитии событий мы, похоже, будем вынуждены прибегнуть к инженерным решениям, — говорит Салливан. Возможно, нам придётся раньше, чем мы думаем, решить, за какие божественные рычаги, большие или маленькие, нам нужно потянуть».