Życie ekstremalne

Egzotyczne formy życia znalazł na Antarktydzie prof. Slawomir Tulaczyk – pochodzący z Polski amerykański badacz z Uniwersytetu Kalifornijskiego, z zespołem badawczym.

Naukowcy to ludzie bezwzględni i dla każdej hipotezy żądają twardych dowodów. W przypadku poszukiwań życia istniejącego w skrajnych warunkach, takim dowodem jest znalezienie mikrobów, obejrzenie ich i zbadanie DNA. Na Antarktydzie dotarcie do ekstremalnych miejsc pod lodem nie jest łatwe. Sukces amerykańskich naukowców z grupy WISSARD (Whillans Ice Stream Subglacial Access Research Drilling) polegał między innymi na tym, że cel, który postawili przed sobą, był realistyczny.

WRZĄTEK NA BIEGUNIE

– Skoncentrowaliśmy się na jeziorze Whillansa, bo jest ono dość dostępne – tłumaczy prof. Tulaczyk w rozmowie z „TP”. – Znajduje się ono 800 metrów pod lodem. Inne jeziora są pod warstwą lodu grubą na kilka kilometrów. A im grubsza pokrywa lodowa, tym większe problemy z dotarciem do takiego jeziora.

Dlatego ekipa brytyjska, która próbowała się dowiercić do jeziora Ellsworth przez 3 km lodu, musiała w Boże Narodzenie przerwać prace. Technologia okazała się za słaba.

Amerykanie wiercili tą samą, co Brytyjczycy, metodą. – Mamy taki jakby wąż ogrodowy: ogromnie drogi i gruby szlauch. Pompujemy nim wodę o temperaturze 90 st. C, pod ciśnieniem. Ta woda roztapia lód i tak powstaje odwiert potrzebny, by się dostać do jeziora i pobrać próbki – wyjaśnia prof. Tulaczyk.

W odwiert wpuszcza się kamerę transmitującą za pomocą światłowodu obraz do centrum dowodzenia. Naukowcy muszą widzieć, jak idą prace, czy średnica tunelu – 50-60 cm – została osiągnięta. Przy długości 800 metrów, górne 80 metrów tunelu wypełnione jest powietrzem, pozostałe 720 metrów zalane jest wodą. Działać trzeba szybko, bo woda ta zamarza.

Wiercenie trwało pięć dni. Czas na pobranie próbek był znacznie krótszy.

CIEMNO, ZIMNO I DUSZNO

W takim miejscu, jak jezioro Whillansa, dla większości organizmów warunki są zabójcze. Światła brak, tlenu jak na lekarstwo, woda lodowata. Trudno sobie wyobrazić, by mogły tam przetrwać drapieżniki (brak innych organizmów – pokarmu) czy nawet najdrobniejsze rośliny (brak światła do fotosyntezy).

– Istniało więc pytanie, czy są takie gatunki lub grupy mikrobów, które potrafią przetrwać długotrwałą izolację od reszty biosfery – opowiada naukowiec. – Przecież ten teren jest odcięty od świata od co najmniej stu tysięcy, a może nawet milionów lat.

Dlatego próbki z głębokiego na dwa metry jeziora naukowcy pobierali z duszą na ramieniu. Na powierzchnię wyciągnęli 30 litrów wody z jeziora oraz osiem próbek osadu z dna.

– Na szczęście w przypadku mikrobiologii wyniki badań są dość szybkie. Nasi koledzy już w ciągu kilku godzin wykryli w niej komórki, które wyglądały jak mikroby – mówi prof. Tulaczyk. – Potem zaczęli robić analizy, które orzekają, czy te komórki są martwe, czy też może oddychają i wytwarzają białka.

Wyniki były pozytywne. Biolodzy potwierdzili, że w jeziorze istnieją mikroby. Liczba bakterii w jednym mililitrze sięgała tysiąca. To dziesięć razy mniej niż w zwykłej oceanicznej wodzie. Ale jak powiedział tygodnikowi „Nature” inny członek ekipy badawczej, glacjolog John Priscu ze Stanowego Uniwersytetu w Montanie (w Bozeman), w warunkach laboratoryjnych te bakterie „rosły dość szybko”.

PIES CZY WYDRA?

Pytanie tylko, czym faktycznie było to coś, co szybko rosło. Bo określenie „bakterie” czy „mikroby” to dla naukowców trochę za mało. Skąd się wzięły te formy życia? Jak długo żyją? Do jakiego należą gatunku? Czym się odżywiają? I czym oddychają?

Jak mówi prof. Tulaczyk, tlen nie jest aż takim problemem dla mikrobów. – Przecież we wczesnych etapach rozwoju życia na Ziemi, przez ponad miliard lat, w atmosferze nie było tlenu w znaczących ilościach – tłumaczy. – Skład atmosfery był zbliżony do składu gazów wulkanicznych, niezawierających tlenu. Pojawił się on dopiero wtedy, gdy glony zaczęły fotosyntetyzować. Tlen jest jakby skutkiem ubocznym tego procesu. Są więc bardzo liczne grupy mikrobów, które poradzą sobie bez tlenu.

Większym kłopotem w jeziorze pod lodem jest brak światła. Większość biomasy na naszej planecie pochodzi przecież z fotosyntezy. Nawet mikroby na dnie oceanu są połączone z fotosyntezą. Biomasa powstała blisko powierzchni morza, gdzie jest światło, opada na dno i napędza głębokie, ciemne ekosystemy.

– W przypadku lądolodu nie jest to możliwe, bo to materiał stały, nie przepuszcza znaczących ilości substancji organicznych z zewnątrz. Dlatego Antarktyda jest unikalna – opowiada badacz. – Pod wieloma względami ma historię geologiczną podobną do innych kontynentów, ale ok. 30 mln lat temu pokrył ją lądolód. Zastanawiamy się, czy to wystarczająco dużo czasu, by powstała tam endemiczna biosfera, której nie zobaczymy w innych rejonach – dodaje.

MENU POD LODEM

Co jedzą te mikroby? Jak tłumaczy profesor, muszą one polegać na minerałach, np. zmieniać stopień redukcji żelaza i czerpać z tego energię. Utlenianie, popularnie zwane spalaniem, nie jest jedynym procesem, który zapewnia energię. – Jest ono bardzo wydajne, dlatego organizmy żywe je preferują – mówi. – Ale można się bez tego obejść i produkować energię z minerałów zawierających np. żelazo czy siarkę.

Ciekawa jest też kwestia wieku mikrobów, zarówno jeśli chodzi o wiek gatunku, jak i długość życia poszczególnych osobników. Możliwe, że żyją one wyjątkowo długo w porównaniu z innymi organizmami na Ziemi. Są od siebie odizolowane i mają stosunkowo małe szanse na zdobycie wystarczających ilości energii i pożywienia, by podzielić się z potomstwem. Dlatego mogą być nastawione nie na maksymalne rozmnażanie, lecz na jak najdłuższe życie własne. Na razie jednak nie wiadomo, jaki wiek osiągają. Nieznana jest też ich genetyczna natura, ale ustalą ją niedługo analizy DNA prowadzone przez instytucje biorące udział w projekcie WISSARD.

WIERTŁO W DÓŁ, NAUKA DO PRZODU

Gdy prof. Tulaczyk pracował nad doktoratem w latach 90., niewielu naukowców dopuszczało myśl, że pod lądolodem może istnieć życie. Ale to się zmieniło. – Ludzie odkryli mikroby żyjące w różnych ekstremalnych warunkach. Na przykład w głębokich tunelach w Ziemi, gdzie są bardzo silnie zakwaszone wody gruntowe – mówi. – Stwierdziliśmy, że przypuszczalnie życie na poziomie mikrobiologicznym istnieje wszędzie, gdzie temperatura nie przekracza 140 st. C i nie spada poniżej -30 st. W takich warunkach zawsze znajdzie się mikrob, który sobie poradzi i odkryje sposób na zdobywanie energii i budulca niezbędnych molekuł.

Naukowcy z grupy WISSARD nie zamierzają spocząć na laurach. Chcą jeszcze zobaczyć, w jaki sposób pod lądolodem płynie woda i jak zmienia się jej ciśnienie. Izotopowe badania skamieniałości mają też wyjaśnić, kiedy skończył się okres, gdy w tej części Antarktydy nie było lodu. A zatem jak bardzo zmiany klimatyczne i lądolód wpłynęły na zmiany w wysokości poziomu morza.

Profesor przypomina też, że Polska – całkiem niedawno, bo 15-20 tys. lat temu – również była pokryta lodem. Badanie Antarktydy pomaga więc też pośrednio zrozumieć historię ziemi, po której dziś stąpają zachodni Słowianie. 
RAFAŁ MOTRIUK jest korespondentem naukowym Polskiego Radia, stale współpracuje z „TP”.