RAPORT

Imigranci na granicy z Białorusią

W największych głębiach skorupy ziemskiej życie płynie ekstremalnie

Aby zrozumieć początki życia na Ziemi, trzeba poznać i zrozumieć środowisko, gdzie się to wszystko odbywało (fot. Shutterstock/Vadim Sadovski)
Aby zrozumieć początki życia na Ziemi, trzeba poznać i zrozumieć środowisko, gdzie się to wszystko odbywało (fot. Shutterstock/Vadim Sadovski)

Geologia czy mikropaleontologia to przeciekawe nauki z pogranicza wielu innych nauk: fizyki, biologii, chemii, klimatologii. Wiele hipotez czasem nawet teorii. Wciąż jednak prekambr, kiedy wszystko się zaczęło, pozostaje tajemniczy. Aby zrozumieć początki życia na Ziemi i jego pierwotny rozwój, trzeba poznać i zrozumieć środowisko, gdzie się to wszystko odbywało. Potrzeba do tego nowych metod.

Robak boi się, ostrzega i pamięta

Pamięć i komunikacja nierozerwalnie kojarzą nam się z mózgiem. Można jednak mózgu nie mieć ani krztyny, a jednak wyczuwać niebezpieczeństwo,...

zobacz więcej

Ziemia jako planeta, ma swoje ciężkie gorące jądro, oraz skorupę – czyli ten padół łez, na którym żyjemy. Wszyscy, czyli od najmniejszej bakterii po człowieka. Tylko w tym obszarze życie ma warunki, aby przetrwać. Skorupa ta podlega ewolucji, którą obserwujemy choćby jako aktywność sejsmiczną, wulkaniczną i ruch płyt kontynentalnych. W ramach tej struktury nauka wyróżnia tzw. kratony, czyli najstarszą, utwardzoną część niepodlegająca już fragmentacjom, która buduje znaczną część powierzchni kontynentów. Największe współczesne kratony to: Sinia – platforma chińska, Angoria – platforma syberyjska, kraton wschodnioeuropejski, kratony Kongo, Kalahari i saharyjski, a w Ameryce m.in. kraton północnoamerykański i amazoński.

  Ziemia jako planeta istnieje jakieś 4,5 mld lat, a jeśli ufać obliczeniom wynikłym z analiz sekwencji DNA żyjących dziś na Ziemi organizmów, najprostsze w swej konstrukcji życie jakie znamy, czyli komórkowe i bakteryjne, pojawiło się 3,5 mld lat temu, w okresie geologicznym zwanym prekambrem. Trwał on długo, bo kolejny po nim kambr, inaugurujący erę paleozoiczną, zaczyna się wielką eksplozją życia, które znamy, i zaczął się jakieś pół miliarda lat temu. 

  Miałoby zatem sens poszukiwać jak najmniej zmienionych przez ewolucję, ergo najbardziej pierwotnych, jednokomórkowych form właśnie w owych najstabilniejszych w czasie kratonach. Czemu oddali się ostatnio z niezłym skutkiem, opublikowanym na łamach prestiżowego „PNAS” („Proceedings of the National Academy of Sciences”), Szwed Henrik Drake z Uniwersytetu Linneusza w Kalmarze i Peter Reiners, geolog z Uniwersytetu Stanu Arizona w Tucson.

Kiedy pasożyty stają się bronią

„Każdy ma jakiegoś szczura, którego się boi” brzmiało najpoważniejsze dla mnie zdanie z „Roku 1984” Orwella. Dla bakterii takim szczurem są fagi,...

zobacz więcej

Głębokie, ciemne i beztlenowe systemy szczelin prekambryjskich kratonów na Ziemi są domem dla mikroorganizmów, które czerpią energię ze zużycia gazów (tzw. chemosynteza bez dostępu światła, chemolitoautotrofia), składników odżywczych zawartych w płynach i słabo dostępnego węgla organicznego. Wg szacunków w tej głębokiej biosferze znajduje się większość życia mikrobiologicznego na Ziemi i około 10-20 proc. całej biomasy lądowej. To jest miejsce gdzie swą egzystencję na krawędzi wiodą tzw. ekstremofile, czyli drobnoustroje wytrzymujące (a nawet lubujące się ) w krańcowych warunkach temperatur, zasolenia czy radiacji. Niemal chciałoby się rzec „kosmiczne”.

  Jak ujęli to w swym artykule autorzy, „głęboka biosfera Ziemi jest jednym z najmniej zbadanych i poznanych środowisk. Znajdują się w nim linie drobnoustrojów, które są interesujące dla zrozumienia pochodzenia i ewolucji życia na naszej planecie. Zrozumienie historii tych społeczności zbudowanych z drobnoustrojów wymaga oceny złożonej ewolucji warunków nadających się do zamieszkania.”

  Zrozumienie historii tych społeczności drobnoustrojów wymaga oceny złożonej ewolucji warunków nadających się do zamieszkania, ale do tej pory nie przedstawiono takiej oceny. Warunki dla życia to przede wszystkim temperatury pomiędzy nieco poniżej zera a nieco powyżej 100 st. C, aby woda w komórce znajdowała się w stanie zapewniającym przebieg procesów metabolicznych i sam dostęp do wody oraz pierwiastków biogennych: węgla, azotu, fosforu etc.

Dlaczego nie mamy ogonów? Zaskakujące odkrycie naukowców

Dlaczego nie mamy ogona? Właśnie znaleziono molekularną odpowiedź na to tylko z pozoru dziecinne pytanie.

zobacz więcej

W tym momencie musi się pojawić metoda pozwalająca na badanie owych warunków, zwana termochronologią. Wykorzystano ją aby ustalić, że najdłuższy zapis nieprzerwanej zdatności do zamieszkania do chwili obecnej nie rozciąga się znacznie poza 1 miliard lat. Uczeni pokazali analizując pobierane z mikroszczelin w tych skałach płyny i ich biozawartość (np. odłożone w formie mikroziaren związki, których pochodzenie musiało być organiczne, czyli powstały w żywych komórkach), że skały znajdujące się obecnie w kilku górnych kilometrach kratonów nie nadawały się do zamieszkania (>122 °C) przez większość swojego trwania lub doświadczyły epizodów wysokiej temperatury. Tak że najdłuższy zapis możliwości zamieszkania nie wykracza poza miliard lat . W kilku kratonach warunki nadające się do zamieszkania sięgają zaledwie 50 do 300 milionów lat.

  Istotny jest tu zwłaszcza wgląd w ewolucyjny aspekt głębokiej biosfery. Ocena, kiedy te środowiska skalne stały się zdatne do zamieszkania, a w niektórych przypadkach, kiedy mogły zostać ponownie „zakopane” pod powierzchnią skorupy i wysterylizowane. Jak uważają specjaliści od początków życia na Ziemi, „drobnoustroje głębokich warstw” stosują ten sam metabolizm, który jest przewidziany dla najwcześniejszego metabolizmu na Ziemi.

Jak się łapie ewolucję samożywności na gorącym uczynku

Tego uczą nas w szkole nie od dziś: rośliny są samożywne. To znaczy potrafią asymilować dwutlenek węgla z atmosfery, ciągiem dość tajemniczych...

zobacz więcej

Naukowcy mogli z powodzeniem skorelować mikroskamieniałości związane z prekambryjskim życiem w skandynawskich skałach kratonicznych z okresami nadającymi się do zamieszkania na podstawie schematu termochronologicznego. Jak wyjaśniał dla portalu phys.org dr Henrik Drake, skały kratonu uformowały się miliardy lat temu, gdy stygła planeta. Głęboko w skorupie ziemskiej temperatury były zbyt wysokie dla jakiegokolwiek życia. Dopiero znacznie później, po erozji, odsłonięte dziś i dostępne dla badaczy skały osiągnęły obecny poziomy w skorupie ziemskiej, gdzie temperatury nadawały się do zasiedlenia przez żywe komórki. Dopiero łącząc wyniki termochronologicznych z kilku różnych systemów datowania radioizotopowego, możemy zrekonstruować ich historię. Gdzie zapisane jest pochodzenie i ewolucja życia.

  Najciekawsze jest jednak w tej historii to, co zapewnia każda prawdziwa nauka – pozwala przewidywać. Autorzy badania są przekonani, że da się użyć termochronologii do wskazania obszarów kandydujących do najstarszych zapisów mikroorganizmów podpowierzchniowych na Ziemi. Wschodnia Finlandia, Grenlandia i być może części kanadyjskiej tarczy wyglądają szczególnie interesująco jako miejsca, gdzie warunki pozwalające na trwanie życia sięgają miliarda lat i więcej. Tam zatem teraz skierują swoje poszukiwania początków ewolucji życia na naszej planecie.

Aplikacja mobilna TVP INFO na urządzenia mobilne Aplikacja mobilna TVP INFO na urządzenia mobilne
źródło:
Zobacz więcej