Ekstremofile

Ekstremofile

Christopher McKay, egzobiolog z NASA Ames Research Center w Moffett Field, kilkanaście dni temu wyruszył w kolejną podróż na Antarktydę. W położonych w pobliżu lodowca szelfowego Rossa tzw. Suchych Dolinach, najbardziej złowrogim środowisku na Ziemi, będzie badać jedne z najstarszych, najbardziej prymitywnych i niezniszczalnych form ziemskiego życia.
Odkryte w 1903 r. przez Roberta F. Scotta Suche Doliny rozciągają się na obszarze ok. 9 tys. km2, z czego jedną czwartą stanowi naga, skalista ziemia, odizolowana od reszty kontynentu potężną barierą Gór Transantarktycznych (blokują one kontynentalnym lodowcom wstęp do dolin). Lodowate wiatry od tysięcy lat smagają tę pustynię, wymiatając śnieg, odpędzając chmury i uniemożliwiając formowanie się lodowców. Jest tam szczególnie zimno i sucho. - Miejsce to wygląda na zupełnie martwe. Nie ma tam drzew ani jakichkolwiek innych roślin. Naukowcy badają Suche Doliny od 1957 r., lecz nigdy nie zanotowali tam opadów - ani kropli deszczu, ani płatka śniegu. Prawdopodobnie nie padało w dolinach od milionów lat! - mówi Chris McKay.
Ale nawet tam życie znalazło dla siebie miejsce. Wędrując po Suchych Dolinach, biologowie natrafiają czasem na zamarznięte ciała fok. Nieszczęsne zwierzęta zginęły, gdyż zbytnio oddaliły się od morza. Uderzenie szpadlem wydobywa z nich tępy, metaliczny odgłos. Twarde jak skała ciała wyglądają na nietknięte, jakby foka trafiła tu wczoraj. Jak długo może tu leżeć? Jedynie niewielka plamka na futrze zwierzęcia zdradza ślady rozkładu. Zmarznięte zwłoki tkwią tu od co najmniej kilkuset lat. - Te doliny są jak machina czasu. Przyjeżdżam tu co roku, aby badać mikroskopijne algi i grzyby żyjące wewnątrz skał, pomiędzy szparkami dzielącymi ziarna piaskowca. Tkwią zaledwie milimetr pod powierzchnią, gdzie ledwie docierają promienie słoneczne - tłumaczy McKay. Cienka, kamienna warstwa jest dobrym izolatorem i niewielkie organizmy żyją w skale jak w szklarni. Latem słońce silniej rozgrzewa piaskowce i temperatura wewnątrz kamieni sięga nawet 10°C. Algi żyją dzięki fotosyntezie lub uśpione tkwią przez lata w skałach, balansując na granicy życia i śmierci. Jeden z gatunków alg - Hemichloris antarctica - jest zupełnie niewrażliwy na wielokrotne zamarzanie. Biologowie przypuszczają, że jeśli kiedykolwiek istniało życie na Marsie, rozwijało się w bardzo niskich temperaturach, zbliżonych do tych, które panują w rejonach polarnych na Ziemi. Na czerwonej planecie mogły więc żyć rośliny podobne do Hemichloris antarctica.
Badanie odludnych dolin Antarktydy oznacza często igranie ze śmiercią. Chris McKay od lat nurkuje w lodowatych jeziorach pokrytych kilkumetrową warstwą nie topniejącego lodu. Istnieją one dzięki stale sączącej się wodzie gruntowej i okresowo topniejącym lodowcom. Każde z tych niewielkich jezior jest inne, ich wody mają różny skład chemiczny. Niektóre są słodkie, a inne tak zasolone, że nie zamarzają przez całą zimę, nawet gdy temperatura spada do minus 60°C. Mimo silnych mrozów, nawet słodkie jeziora całkowicie nie zamarzają, gdyż co roku przez tydzień lub dwa temperatura wzrasta do jednego, dwóch stopni powyżej zera i topią się lodowce otaczające doliny. Woda spływa spod ich stóp do jezior okresowymi rzekami, dociera pod pokrywającą jeziora taflę lodu. W ten sposób jeziora nie zamarzają do samego dna. Jedną z rzek, które płyną przez tydzień w roku, jest Onyx, zasilający w wodę jezioro Bonney.
Każdego roku McKay wraz z kolegami wierci w lodzie dziurę i nurkuje. Pobiera próbki wody wraz z żyjącymi w niej maleńkimi organizmami. Jeszcze kilkanaście lat temu przypuszczano, że jeziora w Suchych Dolinach są martwe. Nurkowanie pod lodem wymaga dużej odwagi i samodyscypliny. Przede wszystkim jest tam bardzo zimno. - Ubieramy się w specjalne kombinezony i zawsze jesteśmy bardzo ostrożni. Zabieramy z sobą interkomy, stale rozmawiamy z dwoma osobami na powierzchni. Pod lodem wszystko może się wydarzyć, a droga na powierzchnię prowadzi tylko przez wąski, trudno dostrzegalny otwór w lodzie. Nurkowanie w jeziorach o głębokości 30 m nie jest proste, gdyż nad nami znajduje się zwykle pięciometrowa warstwa lodu. Przywiązujemy się do liny, bez której powrót na powierzchnię jest w zasadzie niemożliwy. Kiedyś jednemu z moich kolegów lina zaplątała się wokół leżącego na dnie kamienia. Był przekonany, że już nie wypłynie na powierzchnię. Na szczęście poza drobnymi incydentami dotychczas nikomu nic się nie stało - opowiada Chris McKay.
Większość ziemskich pustyni jest sucha z powodu wysokich temperatur. W Suchych Dolinach jest nie tylko wyjątkowo zimno, ale także sucho - to jedyna na Ziemi zamarznięta pustynia i jedyne miejsce, którego klimat przypomina środowisko Marsa. Dlatego egzobiolodzy tak bardzo się interesują polarnymi dolinami. Są przekonani, że szukając nowych form życia w ekstremalnych środowiskach, lepiej poznają jego naturę i prawdopodobieństwo występowania na innych planetach.
Gruba lodowa czapa na jeziorze Bonney przepuszcza niewiele światła, lecz wystarcza ono do życia błękitno-zielonym, pomarańczowym i czarnym algom. Przystosowały się one do podwodnego półmroku i tworzą na dnie barwne kolonie. Glony należą do najstarszych form życia na Ziemi. Żyjąc w płytkich pradawnych oceanach, skupione w liczne kolonie, wytworzyły tlen, którym oddychamy. Dziś trudno jest znaleźć środowiska, gdzie algi rozwijają się bez konieczności konkurowania z innymi organizmami, tak jak to było na pradawnej Ziemi. Nurkowanie w jeziorach przypomina więc wycieczkę w przeszłość. - W pierwszej chwili jest ciemno. Ale po kilku minutach oczy oswajają się z półmrokiem i widać wszystko, nie potrzeba żadnego dodatkowego światła. Nad głową jest dach z lodu, obok ściana z lodowca. Czujesz się jak maleńka mrówka uwięziona w kostce lodu. Dno wyścieła piasek, a na nim leży coś, co przypomina zielony dywan, na którym porozrzucano kamienie. To kolonie alg. Przebywanie pod wodą jest jak spacer w innym świecie - zdumiewające i porażające - mówi McKay.
Życie na Ziemi zdominowały mikroorganizmy. Niedostrzegalne dla ludzkiego oka zamieszkują praktycznie każde ziemskie środowisko. Te, które już znamy, często żyją w wyjątkowo nieprzyjaznych warunkach. Biolodzy mówią o nich ekstremofile, gdyż upodobały sobie najgorsze z możliwych miejsc do życia. Większość z nich żyje pod powierzchnią ziemi, a sposoby, dzięki którym zaadaptowały się do skrajnych warunków, wprawiają w zdumienie. W latach 20. naszego wieku odkryto organizmy w wodzie gruntowej głęboko pod złożami ropy. Dwadzieścia lat później wytropiono je pod dnem oceanów. Następnie na głębokości 3 km znaleziono lubiące wysokie temperatury termofile. Mikroby mnożą się nawet w odpadach radioaktywnych, nieczułe na promieniowanie tysiące razy przekraczające dawki zabójcze dla człowieka. Życie kwitnie we wrzących źródłach parku Yellowstone, skutych lodem rejonach polarnych, wnętrzach zbiorników paliwowych samolotów. Ekstremofile lubią wyjątkowo zasolone wody Morza Martwego, supersłone jeziora, ekstremalne temperatury pustyni Atacama, środowiska o wysokim pH, otwory wulkaniczne w rowach oceanicznych, źródła siarkowe. Dla wielu z nich życiodajny tlen jest zabójczy. Te istne "piekła na Ziemi" bada w ramach programu LExEn (Life in Extreme Environments), finansowanego przez amerykańską National Science Foundation, ponad 40 naukowców z różnych dziedzin. - Szukamy odpowiedzi na wiele pytań. W syberyjskiej wiecznej zmarzlinie, gdzie temperatura sięga minus 10°C, znaleźliśmy uśpione bakterie sprzed 3 mln lat! Jeśli przetrwały w takim stanie do dziś, nasuwa się pytanie, jak długo żywe organizmy mogą przeżyć w niekorzystnym dla nich środowisku. Jestem przekonany, że nasze dotychczasowe znaleziska są zaledwie wierzchołkiem góry lodowej - twierdzi Christopher McKay.
- Od kilku lat badam systemy hydrotermalne na dnie Atlantyku. Ale nadal istnieje wiele nie zbadanych rejonów naszej planety. Na eksplorację ciągle czekają basen Morza Arktycznego i dno Oceanu Indyjskiego. Trudno powiedzieć, co tam znajdziemy; dziś możemy jedynie spekulować, gdyż w obliczu coraz to nowych i zdumiewających odkryć coraz trudniej ustalić, gdzie biegnie granica między warunkami sprzyjającymi lub wykluczającymi istnienie życia - mówiła Cindy Lee Van Dover, biolog z College of William and Mary w Williamsburgu, podczas ostatniego spotkania Amerykańskiej Unii Geofizycznej w San Francisco.
Jesienią egzobiolodzy z NASA Jet Propulsion Laboratory w Pasadenie przeprowadzili pierwsze próby sondy w okolicach podwodnego hawajskiego wulkanu Loihi. Testy, które zostaną wykonane dzięki temu urządzeniu, składają się na przygotowania do wielkiego przedsięwzięcia, jakim będzie spenetrowanie jeziora Wostok na Antarktydzie. Kryje się ono pod czterokilometrową warstwą lodu. Naukowcy mają nadzieję, że będzie to także pomocne w badaniach oceanu na jednym z księżyców Jowisza - Europie. Badając szczeliny w dnie oceanicznym, przez które z wnętrza Ziemi wydostaje się gorąca woda, dokonali kolejnego niezwykłego odkrycia: natrafili na cienkie warstwy galaretowatej materii. Zabarwiony na biało żel, wypływał z otworów, w których temperatura sięga 350°C, zbyt wysoka, aby mogły tam istnieć jakiekolwiek żywe organizmy. Jeśli sonda odnajdzie w galarecie z dna Pacyfiku ślady życia, biolodzy będą mieli kolejną zagadkę do rozwiązania. Naukowcy z NASA Marshall Space Flight Center i Rosyjskiej Akademii Nauk z niecierpliwością czekają na zakończenie eksperymentów w nadziei, że uda im się dotrzeć do jeziora Wostok. Kilka miesięcy temu w rdzeniach lodowych pobranych z głębokości 4 km, zaledwie 100 m od powierzchni jeziora, znaleźli żywe bakterie i grzyby. Czy odkryją życie również w jeziorze?
- Algi żyjące w jeziorach Antarktydy skrywają się pod kilkumetrową warstwą lodu, a Wostok przypomina kałużę pod górą lodową. Nie sądzę, że znajdziemy tam jakiekolwiek ślady życia. Lód jest za gruby, aby docierały tam promienie słoneczne i nie potrafię sobie wyobrazić, skąd życie czerpałoby tam energię. Ziemskie organizmy na powierzchni żyją dzięki fotosyntezie, a w morskich głębinach - dzięki energii chemicznej. Nawet bakterie żyjące 3 km pod powierzchnią żywią się odpadami organicznymi, które przenikają tam z powierzchni wraz z wodą gruntową. Mam nadzieję, że się mylę i że dokonamy zdumiewającego odkrycia jakiegoś zupełnie nowego systemu, jakiego dziś nawet nie potrafimy sobie wyobrazić. W końcu wiele razy się myliliśmy - mówi McKay.
Okładka tygodnika WPROST: 3/1999
Artykuł jest zamknięty
Więcej możesz przeczytać w 3/1999 wydaniu tygodnika „Wprost”
Zamów w prenumeracie lub w wersji elektronicznej:
 0

Czytaj także