WIZJA ASTRONOMII PLASTYCZNEJ
EKSTREMOFILE I
BEZPOŚREDNI OBSZAR PRZYRODY
Ekstremofile są swojego rodzaju namiastkami hipotetycznego życia w kosmosie.
Niektóre cechy ziemskiego i takich warunków w kosmosie pozwalają zajmować się życiem w kosmosie w ogóle. Mottem astrobiologii i utworzonego niedawno, mającego już znaczny dorobek, Instytutu Astrobiologii w USA i analogicznych jemu takich struktur np. w Europie jest poznawanie życia w kosmosie poprzez badanie ich różnych, zwykle ekstremalnych postaci, np. ekstremofilnych, na Ziemi.
Stwierdzono np., że na Ziemi żyją w nietypowych środowiskach różne dziwne stworzenia. Na przykład na dnie oceanów żyją zwierzęta o kształcie kilkumetrowych polipów-tulipanów. Dzięki znacznie zwolnionej przemianie materii mogą one żyć bardzo długo, płacąc jednak za ową prawie nieśmiertelność cenę przeraźliwej monotonii swego życia. Jeśli chodzi o ich samą budowę, w ich organizmach znajdują się bakterie, wykorzystujące ciała swych gospodarzy w celach ochronnych i syntetyzujące ze znajdującego się w ich układzie krwionośnym i ciele dwutlenku węgla i wody przy udziale obecnego, pochodzącego z wyrzutów dennych, siarkowodoru (który pełni rolę chlorofilu) i energii termicznej, złożonych związków organicznych. System ten jest całkowicie samowystarczalny i obywałby się bez reszty biosfery.
Z kolei w pobliżu przykrytego 20 mln lat temu 4-kilometrową warstwą podpowierzchniowego lodowca jeziora Wostok na Antarktydzie znaleziono bakterie, glony i algi. Ogrzewane ciśnieniem wewnątrz lodu i energią z wnętrza Ziemi jezioro Wostok ma wymiary: 230 km długości, 50 km szerokości i 500 m głębokości. Na głębokości 3590 m znaleziono organizmy o cechach zupełnie nieznanych w stosunku do form żyjących na Ziemi.
Obserwacje te można przenieść na warunki i środowiska kosmiczne. Na przykład bowiem na Marsie jest co prawda cienka atmosfera, nie chroniąca odpowiednio przed rozbłyskami Słońca, jego i kosmicznym promieniowaniem, jednak jest w niej para wodna, w wierzchniej warstwie gruntu kryształki lodu, w rejonie równika temperatura sięgać może okresowo około zera stopni C. Warunki te nie tak wiele różnią się od ziemskich. Nawet w znacznie gorszym środowisku Księżyca na sondzie Surveyer-3 odkryto przywleczone z Ziemi bakterie ziemskie, które przetrwały podróż i warunki kosmosu. Podobnie oceany na niektórych księżycach planet zewnętrznych mogą więc posiadać podobne ekstremofile. Tym bardziej odnosi się to do wielu planet i księżyców pozasłonecznych.
Szczególnie biosfera podziemna, badana przez astrobiologów, jest dobrym poligonem doświadczalnym dla porównywania z siedliskami kosmicznymi, np. egzoplanet. Chodzi tu o mikroorganizmy. Znane były one od dawna. Od tysiącleci spełniały one różne role w codziennym życiu człowieka – np. przy produkcji wina, sera, chleba, ostatnio nowych leków, np. antybiotyków, środków uzdatniających, oczyszczających, przeciwdziałających szkodnikom, barwników itp. Wiele z tych organizmów żyje właśnie w podziemiu. Jednak jeszcze do niedawna negowano istnienie podziemnej biosfery jako takiej. Tu wiadomo, że wiele biosfer kosmicznych jest prawdopodobnie biosferami podpowierzchniowymi. Podziemie ziemskie może być modelem dla egzoplanet. Jaka więc jest biologia podziemnych ekstremofili?
W latach dwudziestych XX wieku zespół badacza amerykańskiego (w niektórych innych krajach, np. w Rosji, więcej uwagi poświęcano tym zagadnieniom), geologa Edsona S. Bastina, badając złoża ropy naftowej natrafił na niektóre związki siarkowe (siarkowodór) i jony wodorowęglanowe. Aby to wyjaśnić postawił on tezę, że powstały one (analogicznie do żyjących w środowiskach beztlenowych siarkowych) w wyniku aktywności mikroorganizmów, pochodzących sprzed milionów lat z okresu formowania się złóż ropy na głębokości kilkuset metrów. Kilka lat później, w 1926 r., spróbowano ożywić te bakterie z pozytywnym skutkiem. Doniesienia te jednak wówczas zakwestionowano zarzucając im błędy doświadczalne, głównie niesterylność próbek wskutek zanieczyszczeń powierzchniowych.
Jednak sprawa co raz to wkrótce powracała w latach 70. i 80. Wtedy to opracowano program całościowego badania podziemnej biosfery. W 1987 r. rozpoczęto polowanie na podziemne mikroorganizmy. Stworzono specjalną metodę wieloetapowego przemieszczania próbek, chłodzenia, przechowywania w różnych niskotemperaturowych warunkach, izolowania od zanieczyszczeń itp. Wyniki były obiecujące.
Choć częste w żyźniejszych w pierwiastki mineralne skałach osadowych, mikroorganizmy żyją też w, zdawałoby się, zupełnie niesprzyjających skałach, np. w bazaltach. Są tu zwykle autotrofami, organizmami samożywnymi, przetwarzającymi składniki mineralne w materię biologiczną. Mogą one znajdować się na głębokości ok. 7 km pod dnem oceanów i 4 km pod powierzchnią kontynentów (temperatura tu narasta pod dnem o 15°C/km, przy lądzie o 25°C/km; szacuje się, że organizmy te mogą wytrzymać temperaturę do ok. stu kilkudziesięciu stopni C). Te częste w podziemiu zgłodniałe mikroorganizmy zwalniają tempo metabolizmu, np. do podziałów komórkowych nie co kilka godzin, jak przy bakteriach powierzchniowych, do raz na stulecie, by potem, okazjonalnie, w sprzyjających warunkach, ożyć. W środowiskach piaszczystych daje się przywrócić do życia ok. 10% bakterii, w pustynnych ok. 0,1%. Być może żywa jest większa część mikroorganizmów, jedynie nie wykazują się reproduktywnością.
Skatalogowano dotąd ponad 9 tys. szczepów podziemnych bakterii i opisano ok. 100 gatunków takich grzybów.
Zaobserwowano też wysoką odporność mikroorganizmów na inne ekstremalne warunki życia. A więc zgodnie z powyższym żyją one w wysokich temperaturach wrzących źródeł np. w parku Yellowstone, w lodowych pustyniach w wielu stopniach poniżej zera, w bardzo zasolonych środowiskach np. Morza Martwego, warunkach związanych z działaniem promieniowania radioaktywnego, w źródłach ropy naftowej, na dnie i pod dnem oceanów, w źródłach siarkowych, żrących wodach (w wodach hiszpańskiej tzw. Rzeki Ognia badanej przez zespół naukowców z Hiszpanii i USA panują ekstremalne warunki (żrąca woda o pH 2), choć mogą tam żyć różne gatunki glonów, grzybów i ameb), być może pod grubą warstwą lodu (wspomniane jezioro Wostok, na Antarktydzie). Odkryto też galaretowatą bio-podobną substancję wydobywającą się spod morskiego dna Pacyfiku, gdzie temperatura dochodzi do +350°C.
Biolodzy przewidzieli już przed kilkudziesięciu laty, że prokarionty znoszą wysoką temperaturę i żyją wszędzie tam, gdzie występuje woda. Wkrótce te hipotezy potwierdzono. Odkryto np. termofile żyjące w pobliżu tzw. kominów termalnych na dnie oceanów, gdzie temperatura sięga kilkaset stopni C. Szacuje się, że mikroorganizmy znoszą temperaturę ok. 150°C; dla wielu z nich temperatura niższa niż 90°C hamuje ich rozwój. Ekstremofile znoszą też krańcowe środowiska kwaśne i zasadowe. U ekstremofili acidofilnych i alkalofilnych stosowany jest mechanizm, w którym dzięki specyficznym ich enzymom, tzw. ekstremozynom, wewnątrz organizmu panują warunki normalne, zaś ekstremalne na obrzeżach komórki.
Powyższy rysunek autora przedstawia powierzchnię, formy życia i przyszłą obecność człowieka na księżycu odkrytej planety pozasłonecznej.
Opowieść – egzoksiężyc planety HR 810 B
Materiały źródłowe:
Discovery, stacja tv., „Poszukiwaniu nieznanych planet”, 9.12.2000.
J.K. Fredrickson, T.C. Onstott, „Życie w głębi Ziemi”, „Świat Nauki”, 1996, nr 12.
„Gazeta Wyborcza”, „Bujne życie w kwasie”, 2002, nr 108.
M. Iłowiecki, „Niepokój dwutysięcznego roku”, ISKRY, Warszawa 1989.
R. Lemski, „Sami we Wszechświecie?”, „Fokus”, 2000, nr 9.
M.T. Madigan, B.L. Marrs, “Ekstremofile”, “Świat Nauki”, 1997, nr 6.
A. Przychodzeń, „Ekstremofile”, „Wprost”, 1999, nr 3.
M. Różyczka, „Inne życie”, „Wiedza i Życie”, 2001, nr 9.
Tagi: ekstremofile, hr 810 b, egzolunarystyka
Inne tematy w dziale Technologie
