Как живые организмы получают энергию в экстремальных условиях под землёй

Жизнь на Земле способна существовать даже в экстремальных условиях — на глубинах нескольких километров под океанским дном, где отсутствует кислород и солнечный свет. Там микробы процветают в щелочной среде и при высоких температурах. По материалам издания N+1 и книгу биогеохимика и микробиолога Карен Ллойд «Обитатели земных глубин.

О самых странных существах на планете», переведённую Татьяной Мосоловой, мы расскажем, как жизнь в таких условиях получает энергию и чем это важно для понимания биологических процессов.

Термодинамика изучает превращения энергии. Для любых живых клеток — от бактерий до человека — химические реакции, которые требуют и выделяют энергию, являются основой функционирования. Например, чтобы клетка делилась, ей нужно раскручивать молекулу ДНК, и для этого необходима энергия. Жизнь использует энергию, выделяющуюся в химических реакциях, для всех своих процессов.

Особенно важная реакция — дыхание. Для человека это связано с кислородом, но на самом деле дыхание — это цепь химических реакций с переносом электронов. Физик Джозайя Уиллард Гиббс разработал теорию, которая помогает оценивать, сколько энергии выделяется в таких реакциях. Этот параметр называется свободной энергией Гиббса ΔG. Если ΔG отрицательна, энергия доступна для жизненных процессов. Если она положительна или равна нулю, реакции не могут протекать, и жизнь невозможна.

Свободная энергия Гиббса помогает понять, как живые существа извлекают энергию из химических процессов.

Можно представить это как шарик, скатывающийся с холма и передающий энергию лопастям турбины, — так работает система ферментов и других молекул внутри клетки. В результате эти цепочки химических реакций преобразуют энергию для нужд организма.

В процессе дыхания человека кислород восстанавливается, а органические вещества окисляются. Это особенно эффективная реакция для добычи энергии. Однако кислород токсичен, и многие земные микроорганизмы обходятся без него, используя другие химические соединения для дыхания. В этих условиях, например в глубоких слоях Земли, жизненные процессы продолжаются, несмотря на малое количество энергии по сравнению с поверхностными условиями.

Таким образом, жизнь адаптируется к самым разным термодинамическим ограничениям. Исследования показывают, что дыхание — это не всегда использование кислорода, а скорее разнообразные окислительно-восстановительные реакции, доступные в конкретной среде. Это расширяет наше понимание биологии и помогает искать формы жизни в экстремальных условиях, как на Земле, так и за её пределами.

Источник: карен Ллойд. Обитатели земных глубин. О самых странных существах на планете / Перевод с английского Татьяны Мосоловой. — М.: АСТ: CORPUS, 2026. — 256 с.