Mikroorganizmy zdają się żyć niemal wszędzie, nawet w najbardziej nieoczekiwanych i ekstremalnych miejscach. Potwierdzają to ostatnie badania, w których naukowcy znaleźli dowody na istnienie aktywnych społeczności drobnoustrojów żyjących setki metrów pod dnem oceanu.
Życie znajdzie sposób na przetrwanie w najbardziej ekstremalnych warunkach, nawet głęboko pod dnem oceanu. Pokazały to badania kierowane przez mikrobiolog Virginię Edgcomb z Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI). Edgcomb, wraz ze swoim zespołem, przebadała próbki pobrane z głębokości około 750 metrów spod dna Oceanu Indyjskiego z miejsca zwanego Atlantis Bank znajdującego się kilkaset kilometrów na wschód od Madagaskaru. To grzbiet podmorski, czyli wypukła forma dna oceanicznego.
Kilka lat temu w statek badawczy z naukowcami z International Ocean Discovery Program Expedition 360 wybrał się w to miejsce, by dokonać odwiertów. Celem wyprawy było zbadanie, czy jakieś rodzaje drobnoustrojów mogą żyć w tak ekstremalnych warunkach. Dlaczego akurat Atlantis Bank? Aktywność tektoniczna spowodowała, że skały skorupy ziemskiej są tam odsłonięte. Jak napisali autorzy badań, które ukazały się na łamach pisma „Nature”, miejsce to „zapewnia wygodny dostęp do królestwa, które w innym przypadku w dużej mierze byłoby niedostępne.
Naukowcy przeczesali próbki pod kątem materiału genetycznego i innych cząsteczek organicznych. - Zastosowaliśmy zupełnie nowy zestaw metod, aby spróbować zbadać te cenne próbki tak intensywnie, jak to tylko możliwe – zaznaczyła Edgcomb. W pobranych próbkach wykryli rzadkie, ale różnorodne mikroorganizmy przystosowane do życia w warunkach ubogich w składniki odżywcze i tlen. Znaleźli kilka gatunków bakterii, grzybów i archeonów, które dają sobie radę i nawet rosną, choć powoli, pomimo bardzo ograniczonego dostępu do zasobów.
- To ekscytujące, że żyje tam społeczność drobnoustrojów. Przetrwać pozwalają im strategie polegające na intensywnym recyklingu węgla – wyjaśniła Edgcomb.
Organizmy żyjące w tak skrajnych warunkach to ekstremofile. Badania prowadzone w ostatnich dekadach sugerują, że aż 70 proc. wszystkich drobnoustrojów na Ziemi żyje w podobnie trudnych warunkach. Organizmy te występują w miejscach od dawna uważanych za niegościnne, takich jak głębokie osady pod oceanami, zimne pustkowia Antarktydy, pustynie z ograniczonym dostępem do wody, a nawet stratosfera.
Szereg ekstremofilów to autotrofy, organizmy wytwarzające własne pożywienie, tak jak robią to rośliny na drodze fotosyntezy. Ale analiza informacyjnego RNA (mRNA) - materiału genetycznego zawierającego instrukcje wytwarzania różnych białek – uzyskanego od organizmów z tego odległego regionu Ziemi, w połączeniu z pomiarami aktywności enzymów, badaniami mikroskopowymi i analizami biomarkerów, dostarczyła dowodów na istnienie głęboko pod dnem oceanu społeczności organizmów heterotroficznych, które pozyskują węgiel z innych żywych (lub martwych) organizmów.
Organizmy te opracowały różne sposoby na przezwyciężenie wyzwań, jakie stwarzają ich siedliska. Niektóre są w stanie „oddychać” uranem. Inne wychwytują substancje odżywcze z gazów w powietrzu. Jeszcze inne, takie jak te znalezione głęboko pod dnem oceanu, żyją tak powoli, że mogą przetrwać setki lub tysiące lat, odżywiając się i rozmnażając niezwykle rzadko.
Organizmy żyjące głęboko pod dnem morskim żyją w nieprzyjaznym środowisku - przyznała dr Paraskevi Mara, jedna ze współautorek publikacji. Do miejsca, gdzie żyją przedostaje się bardzo mało składników odżywczych. Głównie poprzez wodę morską i płyny podpowierzchniowe, które krążą przez szczeliny w skale i niosą ze sobą związki organiczne i nieorganiczne. Badacze uważają, że ekstremofile spod dna oceanu żywią się skrawkami cząsteczek organicznych, jak fragmenty aminokwasów czy ślady tłuszczów, które sączą się z wodą przez pęknięcia w skorupie oceanicznej.
Organizmy żyjące pod dnem Oceanu Indyjskiego to mistrzowie przetrwania i oszczędności. Analizy wykazały, że niektóre ze znalezionych mikrobów mają zdolność do magazynowania węgla w swoich komórkach, dzięki czemu mogą gromadzić zapasy na czas niedoborów. Inne z kolei mogą przetwarzać azot i siarkę w celu generowania energii, produkcji witaminy E i B12, recyklingu aminokwasów i wydobywania węgla z trudnych do rozbicia związków zwanych wielopierścieniowymi węglowodorami aromatycznymi.
Pierwsze wskazówki, że życie można znaleźć głęboko pod ziemią pojawiły się w latach dwudziestych XX wieku, kiedy poszukiwacze ropy zauważyli, że wody gruntowe wokół ich pól naftowych są pokryte siarkowodorem i wodorowęglanem, które są wytwarzane przez bakterie. W latach 80. mikrobiologowie zaczęli zliczać drobnoustroje w rdzeniach przywiezionych z projektu badania dna morskiego - Deep Sea Drilling Project - i byli zdumieni liczbami.
Dopiero na początku 2000 roku, wraz z rozpoczęciem wyprawy poświęconej wyłącznie badaniu życia w głębokiej biosferze, naukowcy zaczęli rozumieć biologię tych głębinowych mikrobów. Wyprawa statku wiertniczego JOIDES Resolution, wyposażonego w laboratorium, była kierowana przez Bo Jørgensena z Uniwersytetu Aarhus w Danii oraz Stevena D'Hondta z University of Rhode Island. Statek popłyną na wschodni Ocean Spokojny, gdzie zespół pobrał próbki z głębokości do 5300 metrów.
Zespół potwierdził, że osady zawierały wiele drobnoustrojów. I pomimo tego, że wydawało się, że organizmy te nie mają za bardzo się czym odżywiać - dostępny w osadach organiczny węgiel stanowi około 1 proc. węgla, który jest utrwalany przez organizmy na powierzchni - te mikroby jakoś przetrwały.
Wczesne badania na JOIDES wykazały, że drobnoustroje te pełnią podstawowe funkcje biologiczne znacznie wolniej niż drobnoustroje na powierzchni, co jest konieczne, gdy źródła żywności są niezwykle ubogie. Niektórzy naukowcy zastanawiali się nawet, czy te mikroby naprawdę żyją, czy tylko bardzo powoli umierają z głodu.
Ale badacze zauważyli u nich aktywne mechanizmy naprawy białka i DNA. - Oczekujemy, że bakterie rozwijają się szybko, tak jak to widać w laboratorium. Nasze obserwacje wykazały, że większość z nich rośnie bardzo wolno. To, co uważamy za ekstremalne, dla nich jest normalne – mówił wówczas Jørgensen.
Źródło: Nature, WHOI. Na zdjęciu przekrój kawałka skały pobranego z Atlantis Bank, gdzie znaleziono mikroby, fot. Frieder Klein / WHOI
