Kosmiczne życie w lodzie

W topniejącej się dziś na naszych oczach Arktyce następuje powolne uwalnianie do oceanu setek gatunków przystosowanych do życia w lodzie (fot. Steve Schmidt/CU Boulder)

Gdy myślimy o warunkach ekstremalnych dla mikroorganizmów, pierwsze, co przychodzi do głowy, to oczywiście gejzery czy oazy hydrotermalne przy podmorskich kominach wulkanicznych. No, żyj tu w ukropie! I to w dodatku najczęściej zasolonym, zasiarczonym czy kwaśnym bardziej od barszczu, aż gęstym od zabójczych dla życia dodatków. Czasem też bez dostępu światła słonecznego, jak ma to miejsce w podmorskich wulkanach, gdzie cały ekosystem opiera się o asymilację dwutlenku węgla dzięki energii przemian chemicznych, a nie słonecznej.

Obcy są wśród nas. Długo po innych gatunkach na Ziemię przybyły ośmiornice

Tlen – wbrew temu, co nam się wydaje - jest bardzo toksyczny. 2,5 miliarda lat temu pewne organizmy naprodukowały tlenu aż nadto. Każdy, kto nie...

zobacz więcej

Niewielu z nas jednak, słysząc podobne pytanie, wymieniłoby lodowce, wieczną zmarzlinę, szczyty górskie. A to błąd, bo warunki dla życia są tam jak najbardziej ekstremalne, a ono trwa tam od tysiącleci, gdy woda w danym miejscu zamarzła najczęściej podczas ostatniego zlodowacenia lub jeszcze wcześniej.

Dziś wiemy, że nie na wieczność, bo lodowce, także te górskie, topnieją na naszych oczach. Co będzie z życiem kwitnącym w tych ginących warunkach? Warto też przy okazji spojrzenia w kierunku zaśnieżonych szczytów górskich pomyśleć, że jeśli gdzieś w kosmosie kiełkuje życie, to ma ono do pokonania raczej trudności, z którymi boryka się w zimnych i ciemnych lodowcach niż w gejzerach.

Biolodzy z University of Colorado In Boulder eksplorują lodowce na szczytach And tworzące tzw. nieves penitentes, czyli iglice i zwisy czap śnieżnych na wysokości 4 tys. m n.p.m. Wyglądają one z oddali niczym klęczący pokornie i rozmodleni kameduli, stąd ich hiszpańska nazwa. Te lodowe formacje mogą mieć do 4-5 metrów wysokości. Życie musi się tam zmagać z niskim stężeniem tlenu (bo powietrze rozrzedzone), silną ekspozycją na promieniowanie UV (bo warstwa atmosfery jest tam cieńsza), skokami temperatur i silnymi wiatrami. Warunki to zatem iście kosmiczne.

W październiku zeszłego roku uczeni Uniwersytetu w Cardiff (Wielka Brytania) obwieścili przecież, że na księżycu Jowisza, Europie, takie właśnie lodowe iglice są dość powszechne. Podobne wcześniej znaleziono na Plutonie.

Stwarza to dla przyszłych eksploratorów kosmosu dwa problemy. Po pierwsze: jak wylądować na takiej powierzchni, po drugie zaś, jak poradzić sobie z drobnoustrojami, które całkiem prawdopodobnie żyją w takim lodzie lub pod nim.

Wyszukana medycyna… troglodytów

Ötzi przeleżał w Tyrolu pod lodem 5 tysięcy lat, by dziś nam pokazać, jak doskonale go leczono. Dało się wtedy umrzeć od trywialnych zakażeń czy...

zobacz więcej

Zanim jednak wylecimy z misją na Europę, gdzie NASA planuje się wybrać za jakieś pięć, sześć lat, pozostańmy na chwilę w Andach. Na wulkanie Llullaillaco w Chile grupa doktorantów pod wodzą swego profesora, Stevena K. Schmidta, bada biologiczną zawartość lodowych „mnichów”. Na tej niegościnnej i trudno dostępnej śnieżnej pustyni, gdzie potrzeba niezłej kondycji, by po prostu oddychać, niezłego ekwipunku, by się nie poodmrażać i bezpiecznej wody pitnej, przez kilka tygodni prowadzono intensywne badania glonów żyjących w lodzie. Ich śladem są pojawiające się czerwonawe łachy.

Glony bowiem nie muszą być zielone. Na tak olbrzymich wysokościach mogą za pomocą czerwonych barwników osłaniać swój chlorofil przed zniszczeniem przez wolne rodniki pojawiające się zawsze tam, gdzie UV.

Pierwszymi odkrytymi przez studentów z Kolorado organizmami byli przedstawiciele rodzajów Chlamydomonas i Chloromonas. Okazało się, że są one bardzo blisko spokrewnione z glonami znajdowanymi w lodowcach alpejskich czy arktycznych. Tak, jakby nie oddzielał ich wielki ocean.

Organizmy zaadaptowane do niskich temperatur nazywamy psychrofilnymi. Gdy wielki polski badacz Antarktyki i współzałożyciel stacji im. Arctowskiego prof. Stanisław Rakusa-Suszczewski przywiózł po raz pierwszy – chyba ze swych wypraw w rejony polarne – mikroorganizmy, głównie bakterie; trafiły one do Zakładu Genetyki UW, miałam z nimi styczność i stały się tematem mojej pracy magisterskiej na początku lat 90. XX w.

Celem była ich identyfikacja, zbadanie optymalnych warunków dla wzrostu i poszukanie jakiś ciekawych enzymów. Czyż bowiem nie byłoby fajnie mieć proszki do prania wydajnie działające w 15 stopniach Celsjusza? A do tego potrzeba lipazy, czyli enzymu niszczącego tłuszcze, który by działał właśnie w takich warunkach. W mikroorganizmach z wiecznego lodu kryć się może wiele ukrytej mocy.

Odkryto ósme na świecie jezioro lawy

Na subantarktycznej wyspie Saunders w archipelagu Sandwich Południowy brytyjscy naukowcy odkryli jezioro lawy. To ósme poznane dotąd takie miejsce....

zobacz więcej

Pamiętam jednak też nasz niepokój, jak w ogóle otworzyć te fiolki, czy z takim marnym sprzętem, jaki mieliśmy wtedy w zakładzie, w ogóle możemy to bezpiecznie dla siebie zrobić. Przecież po prostu to może być zakaźne. Siedzi pod lodem i nie rusza się, ale uwolnione – kto wie, do czego jest zdolne. Nie jest nowiną, że w wiecznej syberyjskiej zmarzlinie naukowcy znajdują zdolne do wznowienia procesów życiowych, po prostu zahibernowane, nie tylko bakterie nowych zupełnie dla nauki gatunków, ale także spore stworzenia bezkręgowe, np. nicienie.

Dzięki takiej eksploracji, przeprowadzonej przez dr Vishnivetskaya z University of Tennessee, mamy na ziemi najstarsze żyjące zwierzę – nicień przez nią wydłubany ze zmarzliny ma minimum 41 tys. lat. Bakterie tam znajdowane zahibernowały milion lat temu, a można je ożywić na płytce z agarem w laboratorium. Wystarczy lekkie podniesienie temperatury, a lodowce „kwitną” od kiełkujących do życia, zamkniętych wcześniej w ich okowach zarodników porostów czy mszaków.

W topiącej się dziś na naszych oczach Arktyce następuje powolne uwalnianie do oceanu setek gatunków przystosowanych do życia w lodzie. Pozostaje kwestią solidnych badań, na ile są one dla nas potencjalnie groźne, a na ile musimy po prostu jakoś ochronić ten fragment biosfery, bo są to gatunki endemiczne, występujące tylko tam; nie wiadomo, czy są w stanie przeżyć w innym środowisku. Jest tylko oczywiste, że do swoich ekstremalnych i ginących dziś warunków, przystosowane są doskonale.

Zamarznięty i uśpiony, a jednak pełen życia świat nauka nazywa kriosferą. Dopóki jest tam jakakolwiek szansa na ciekłą wodę, życie będzie się tam utrzymywać. Wyzwania obejmują np. zmniejszoną aktywność enzymatyczną – trzeba zmutować geny kodujące enzymy tak, by działały w bardzo niskich temperaturach. Zmniejszona jest też płynność błony – radą jest więcej tłuszczów, a mniej białek w błonie komórkowej i wewnątrzkomórkowych. To z kolei jednak pociąga za sobą konieczność zmian w transporcie przez takie błony składników odżywczych i odpadów – transporterami są bowiem białka, a przez warstwę lipidową nic samo nie chce przechodzić.

Etna znowu aktywna. „Pluje” ogniem

Z Etny, największego europejskiego wulkanu, ponownie wydobywają się lawa i pył. Władze informują jednak, że nie ma zagrożenia dla okolicznych...

zobacz więcej

W warunkach polarnych spada także tempo podstawowych procesów gwarantujących rozmnażanie. Jak zatem przetrwać jako gatunek? Zimno potrafi również, co stwierdzi każdy zamrażając i rozmrażając następnie surowe jajko, denaturować trwale białka. Wreszcie też, co jest najgroźniejsze i najbardziej dewastujące – temperatura może spaść gwałtownie, wtedy żadna gęstość cytoplazmy i żadna jej tłustość nie uchroni komórek przed powstawaniem w ich wnętrzu kryształków lodu. A to oznacza śmierć.

Dlatego Europa koncentruje się na monitorowaniu i działaniach badawczych w Arktyce. Na przykład zakończony niedawno program nazwany IPY-CARE ma na celu stworzenie, koordynację i przygotowanie ogólnoeuropejskiego planu badań ekosystemow narażonych na zmiany klimatu arktycznego. DAMOCLES miał z kolei stworzyć zintegrowany system monitorowania i prognozowania zjawisk na styku lód-atmosfera-ocean w Arktyce.

ACCESS to nowy europejski projekt, który oceni scenariusze zmian klimatu w Arktyce i ich wpływ na określone sektory gospodarki i działalność człowieka w nadchodzących dziesięcioleciach. Ponadto wdrożono różne krajowe systemy monitorowania i projekty badawcze, zwłaszcza w Skandynawii i krajach wysokogórskich, takich jak Szwajcaria.

źródło:
Zobacz więcej