Twardziele z natury

Kiedy narzekamy na upał albo mróz, i tak mamy przewagę nad większością żywych organizmów zamieszkujących naszą planetę. Ssaki są stałocieplne, tzn. utrzymują stałą temperaturę ciała niezależną od warunków otoczenia. Jej wartość, wahająca się pomiędzy 36 a 40 stopni Celsjusza, jest najbardziej optymalna dla reakcji chemicznych zachodzących w naszym organizmie. Utrzymujemy ją dzięki termoregulacji – podstawowym źródłem energii jest pożywienie, zaś ucieczkę energii z organizmu ogranicza m.in. izolacja termiczna w postaci naszej skóry, tkanki tłuszczowej i włosów.
A jak radzą sobie inne organizmy, które nie są stałocieplne? A zwłaszcza – jak radzą sobie mieszkańcy środowisk, w których panują skrajne warunki, fachowo nazywani ekstremofilami?

Z chłodem
W 2008 r. naukowcy odkryli na Grenlandii komórki bakterii Chryseobacterium greenlandensis, które przeżyły 120 tys. lat na głębokości 3 km w lodzie. Niektóre arktyczne nicienie są w stanie przetrwać całkowitą utratę wody na drodze zamarzania. Z większych organizmów dobrym przykładem jest żaba leśna, która toleruje zamarznięcie aż do dwóch trzecich swoich zasobów wody. Jak to robi? Otóż w odpowiedzi na spadającą temperaturę otoczenia komórki żaby produkują duże ilości związków nazywanych krioprotektantami, takich jak mocznik czy glukoza. Ich wysokie stężenie w tkankach hamuje powstawanie lodu i zapobiega kurczeniu się komórek. Naukowców bardzo interesują naturalne związki o właściwościach krioprotekcyjnych, gdyż mogą one np. ułatwić transport organów do przeszczepu na znaczne odległości.

Żabie jednak łatwiej niż mikroorganizmom takim jak bakterie – bo te składają się tylko z jednej komórki. Muszą więc radzić sobie inaczej z niskimi temperaturami. Ich głównym problemem jest spowolnienie reakcji chemicznych wspomaganych przez enzymy i usztywnienie błon komórkowych. Na te negatywne konsekwencje niskich temperatur takie bakterie mają swoje sposoby: dostosowują strukturę molekularną enzymów do pracy w takich warunkach i tak zmieniają skład lipidów, z których zbudowane są ich błony, by tworzyły mieszaninę bardziej płynną.

Bakterie psychrofilne, czyli lubiące zimno, sprawiają wiele problemów przy przechowywaniu żywności w niskich temperaturach, dlatego intensywnie się je bada. Pełnią też jednak pozytywną rolę dla ludzkości – w produkcji sztucznego śniegu. Mogą bowiem podnosić temperaturę tworzenia śniegu nawet o 20 stopni!

Życie na gorąco
Organizmy żyjące w gejzerach lub kominach hydrotermalnych mają odwrotny problem niż psychrofile. W wysokich temperaturach enzymy, które biochemicznie są białkami, denaturują i stają się niefunkcjonalne, a błona komórkowa robi się zbyt płynna. Dlatego produkują one enzymy wytrzymałe na ciepło i usztywniają swoją błonę specjalnym składem cząsteczek fosfolipidów.

Najbardziej znanym jednokomórkowcem termofilnym (lubiącym ciepło) jest mieszkanka gejzerów w Parku Narodowym Yellowstone – bakteria Thermophilus aquaticus. Naukowcy wyizolowali z jej komórek enzym – polimerazę Taq – który jest w stanie namnażać DNA w temperaturze około stu stopni Celsjusza. Cząsteczka ta jest wykorzystywana w wielu testach diagnostycznych oraz w kryminologii, przy reakcji zwanej PCR (polymerase chain reaction), która służy do powielania cząsteczek badanego DNA.

Alvinella pompejana – bezkręgowiec żyjący w kominach hydrotermalnych na dnie Pacyfiku – jest kolejnym przykładem ekstremofila. Temperatura wody wyrzucanej przez te kominy dochodzi nawet do 300 stopni Celsjusza, ale szybko obniża ją otoczenie. Alvinella umieszcza swój ogon w ujściu komina, natomiast głowa zwierzęcia zazwyczaj znajduje się już w znacznie chłodniejszej wodzie. Robak zawdzięcza swoją nazwę słynnemu rzymskiemu miastu, zasypanemu lawą i popiołami po erupcji Wezuwiusza w 79 roku n.e.

Mikroskopijni komandosi
Niekwestionowanymi rekordzistami, jeśli chodzi o różnorodność występowania w warunkach ekstremalnych, są niesporczaki. Można je znaleźć właściwie wszędzie. Na pustyni, na lodowcu, na szczytach gór i w najgłębszych częściach oceanów. Są w stanie przeżyć zamrożenie prawie do temperatury zera absolutnego, czyli minus 273 stopni Celsjusza – albo zagotowanie do 150 stopni. Wytrzymują ciśnienie sześciu tysięcy atmosfer, czyli sześciokrotnie wyższe niż ciśnienie wody w Rowie Mariańskim. Są również około tysiąc razy bardziej odporne na promieniowanie jonizujące niż ludzie i potrafią przeżyć bez jedzenia ani picia nawet przez dziesięć lat.

Niesporczaki to pierwsze organizmy żywe, które (w 2007 r.) zostały wystawione na działanie próżni i promieniowania w kosmosie. Nie są ektremofilami, bo nie potrafią żyć w ekstremalnych warunkach. Dzięki zjawisku kryptobiozy, czyli życia utajonego, potrafią w takim środowisku jedynie przetrwać. Jedynie? ©