Достижения лаборатории за последние 10 лет

1. Впервые установлены особенности перераспределения и накопления органического материала в криоземах восточной Арктики (Лупачев, Губин, 2008; Губин, Лупачев, 2008).

2. Впервые охарактеризовано биоразнообразие протистофауны тундровых почв восточной Арктики (подбура, криозема и глеезёма), включающей три большие полифилетические группы микроорганизмов:

Выявлен большой процент редких и ранее не описанных для почв организмов, много новых видов (Шмакова и др., 2010).

инфузории	амебоидные	жгутиконосцы

3. Впервые обнаружены зоны концентрирования подвижных фаз при сегрегации льда в промерзающих почвах и разработаны математические модели их формирования (Ostroumov et al, 2001)

Зона криогенного концентрирования порового раствора в мерзлой незасоленной пылевато-суглинистой почве. Низкотемпературная микроскопия. Жидкий рассол в форме капель (1) на поверхности частиц льда (2) в поровом пространстве рядом с агрегатом (3) глинистых частиц

База данных о температуре почв включает наблюдения 600 станций с момента начала измерений по 2000 год. Эту информацию уже начали использовать для выявления региональных особенностей динамики температурного режима почв в условиях изменяющегося климата (Гиличинский и др. 2000; Чудинова и др. 2001, 2003; Быховец и др. 2007; Худяков и др. 2010; Zhang et al 2001, 2005; Frauenfeld et al 2004; Chudinova et al 2006)

5. Результаты многолетних наблюдений за динамикой деятельного слоя и температурным режимом вечной мерзлоты на статистически и пространственно репрезентативной сети говорят о минимальном отклике термического состояния почвенного покрова и верхних горизонтов криолитосферы восточной Арктики на текущие флуктуации климата по сравнению с другими регионами.

В частности, в низовьях Колымы не выявлено различий между нынешней температурой вечной мерзлоты и ее прошлым, 25 летней давности, термическим режимом. Это связано с высокой льдистостью криогеосистем, стабилизирующей их термическое состояние за счет теплоты фазовых переходов (Fyodorov-Davydov et al 2005; Romanovsky et al 2010)

6. Впервые установлен изотопный состав углерода метана (δ¹³С)СН₄ (-68.1/-86.0‰), однозначно указывающий на биогенное происхождение этого законсервированного в мерзлых толщах Арктики и Антарктиды и выведенного из современного биогеохимического круговорота парникового газа.

Распределение метана в сводном геологическом разрезе имеет вид сэндвича, где между эпикриогенными СН4-содержащими (до 40 мл/кг) толщами расположены синкриогенные ледовые комплексы, в которых метан отсутствует. Таким образом, осадочный чехол в криолитосферы представляет собой огромный резервуар биогеогаза, потенциально способного высвободиться в атмосферу при деградации вечной мерзлоты, однако, катастрофического выброса метана в атмосферу не произойдет (Ривкина и др. 2006; Rivkina et al 2007)

7. Впервые предложен и апробирован метод прямого датирования возраста мерзлоты с помощью долгоживущего космогенного радионуклида ³⁶Cl. В качестве природного хронометра используется отношение концентраций радиоактивного хлора к стабильному хлору (³⁶Cl/Cl) во льдах синкриогенных толщ. На основании этого соотношения впервые для обширной территории восточной Арктики установлен ранее неизвестный возраст среднеплейстоценовых горизонтов вечной мерзлоты: от 200 до 600 тысяч лет, что согласуется с геологическими представлениями и демонстрируют перспективность предложенного метода (Gilichinsky et al 2007; Блинов и др. 2009; Blinov et al 2009).

8. Собрана единственная в мире коллекции семян из позднеплейстоценовых ископаемых нор сусликов, погребенных в вечномерзлых толщах (Губин и др., 2001). Из калусной ткани некоторых семян удается прорастить полноценные растения, что является примером восстановления генетических ресурсов прошлых эпох.

9. Установлено присутствие в мерзлых толщах Арктики и Антарктиды многочисленных и разнообразных сообществ жизнеспособных палеомикроорганизмов: грам-положительные и грам-отрицательные, споровые и неспоровые, анаэробные и аэробные бактерии, грибы, дрожжи, цианобактерии, зеленые водоросли и простейшие, сохраняющие жизнеспособность на протяжении геологически значимого времени (Кочкина 2001; Воробьева и др. 2002; Шатилович и др. 2005, 2010; Vishnivetskaya et al 2005, 2009; Rodrigues et al 2006).

1 – колонии микроорганизмов; 2 – бактерии; В – грибы (a, b) и дрожжи (c, d); 4 – зеленые водоросли (a, b) и цианобактерии (c, d); 5 – простейшие (a, b - амебы, c, d - инфузории, e - жгутиконосцы) .

Они обнаружены в керне скважин всех полярных областей с постоянными отрицательными температурами пород от -2 до -28&degС. Многие из них представлены новыми видами (Suetin et al 2009; Krivushin et al 2010), а наиболее древние датируются ~3 млн. лет в Арктике и ~5 млн. лет в Антарктиде (Gilichinsky et al 2007). Впервые биоразнообразие прокариот (Vishnivetskaya et al, 2006) и эукариот (Lydolph et al, 2005) криобиосферы подробно представлено с использованием молекулярно-генетических методов. При оттаивании вечной мерзлоты микроорганизмы полностью восстанавливают свою физиологическую активность.

10. Эксперименты с радиоактивно мечеными субстратами, показали, что микроорганизмы не только сохраняют жизнеспособность в мерзлоте, но и способны осуществлять метаболические реакции при отрицательных температурах и репарировать нарушения ДНК (Rivkina et al 2000, 2004, 2005; Ривкина и др. 2002, 2006; Johnson et al 2007).

11. В многолетнемерзлых морских горизонтах арктического побережья от Баренцева моря до мыса Барроу на Аляске на глубинах до 50 м впервые изучена изолированная от внешних факторов древняя голоцен-плейстоценовая (до 100 тысяч лет) экосистема высокоминерализованных (до 300 г/л) переохлажденных водных линз (до -9°С) вод (криопэгов). Населяющее их психрофильно-психротрофное галотолерантное микробное сообщество включает новые виды аэробных и анаэробных бактерий и мицелиальных грибов, метаболически активных в водной среде при отрицательных температурах и высокой солености (Гиличинский и др. 2003; Кочкина и др. 2007; Печерицына и др. 2007; Озерская и др. 2008; Ozerskaya et al 2004; Shcherbakova et al 2005; Bakermans et al 2006). Сохранение жизнеспособных организмов в такой среде имеет астробиологическое значение, т.к. криопэги – единственно возможный вид свободной воды в мерзлых толщах Марса, а ранее не известное микробное сообщество - вероятный прототип ее обитателей (Gilichinsky et al 2003, 2005).

12. Для проверки гипотезы панспермии был проведен эксперимент «Влияние космического полета на состав и активность микробного комплекса многолетнемерзлых отложений». Образцы грунта естественной влажности и сложения были выведены на орбиту спутником и экспонировались в условиях открытого космоса. После 14-дневного полета наблюдалось резкое падение численности жизнеспособных микроорганизмов и изменение качественного состава микробного комплекса. Оказалось, что эффективность воздействия факторов космического полета на микробный комплекс мерзлого грунта на 6 порядков выше, чем ожидаемая на основании модельных экспериментов с гамма-излучением.

Результаты исследований лаборатории ежегодно включаются в отчеты РАН. Достижения освещались в журналах «Science», «New Scientist», «Discovery», «Итоги», «Химия и жизнь», телекомпанией BBC, на радиостанциях «Эхо Москвы» и «Голос России», в газетах «Известия» и «Поиск», на сайтах Наука-РУ и РАН.