W skałach formujących się przez dziesiątki milionów lat odnaleziono mikroorganizmy, które przetrwały w stanie przypominającym hibernację przez ponad 100 milionów lat. To mniej więcej tyle, ile dzieli nas od ery dinozaurów. Co jednak najbardziej zdumiewające, starożytne mikroby zostały ożywione i zaczęły się rozmnażać, jakby ich niezwykle długi sen trwał tylko chwilę.
Ekspedycja w głąb ziemskiej historii
Badacze z Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology oraz University of Rhode Island postanowili sprawdzić, czy życie może istnieć w miejscach uznawanych dotąd za całkowicie jałowe. Osady zostały wydobyte z głębokości 75 metrów pod dnem morskim, w rejonie znajdującym się prawie 5700 metrów pod poziomem morza na Południowym Pacyfiku.
Warstwy skał, z których pobrano próbki, powstawały przez miliony lat — od 13 do nawet 101,5 miliona lat temu. Środowisko to jest wyjątkowo surowe, zawiera wprawdzie tlen, ale praktycznie pozbawione jest materii organicznej niezbędnej do podtrzymania życia.
Warunki na granicy możliwości
To, co czyni to odkrycie tak niezwykłym, to ekstremalne warunki panujące w głębokich osadach morskich. Obszar Południowopacyficznej Gyry przypomina podwodną pustynię, gdzie koncentracja komórek wynosi zaledwie od 220 do 5,5 miliona na centymetr sześcienny. To nawet milion razy mniej niż w innych regionach oceanu.
Czytaj także: Naukowcy zajrzeli pod dno oceanu. Znaleźli coś nieoczekiwanego
Mikroorganizmy zostały uwięzione w osadach składających się z tak zwanego “morskiego śniegu” – szczątków organicznych, pyłu i innych cząstek opadających przez tysiąclecia na dno oceanu. Gdy warstwy osadów nagromadziły się nad nimi, społeczności mikrobów znalazły się w pułapce, odcięte od świata powierzchniowego.
Proces przebudzenia ze snu
W warunkach laboratoryjnych naukowcy przeprowadzili eksperyment, który można porównać do próby obudzenia kogoś ze śpiączki trwającej miliony lat. Mikroby inkubowano ze składnikami odżywczymi zawierającymi izotopowo znakowany węgiel i azot, co pozwoliło śledzić, czy starożytne organizmy rzeczywiście powracają do życia.
Wyniki przeszły najśmielsze oczekiwania. W ciągu zaledwie 10 tygodni izotopy pojawiły się w mikrobach, co oznaczało, że organizmy nie tylko żyją, ale aktywnie się odżywiają i metabolizują. Niektóre z nich zareagowały tak szybko, że zwiększyły swoją liczebność ponad dziesięć tysięcy razy w ciągu 68 dni inkubacji.
Niezwykła zdolność regeneracji
Analiza pojedynczych komórek przy użyciu zaawansowanych technik spektrometrycznych pokazała, że 6986 analizowanych komórek aktywnie włączało znakowane izotopowo substraty. Co ciekawe, tempo włączania azotu było średnio trzy razy szybsze niż węgla, co sugeruje, że mikroorganizmy miały szczególne zapotrzebowanie na ten składnik po okresie głodowania.
Nawet w najstarszych próbkach, liczących 101,5 miliona lat, między 39,6% a 99,1% pierwotnej społeczności mikrobiologicznej okazało się zdolne do rewitalizacji. Średni czas podwojenia biomasy wynosił niecałe 5 dni, choć dla najstarszych osadów wydłużał się do prawie 10 dni.
Tajemnica biologicznych zegarów
Jak mikroorganizmy mogły przetrwać tak długo w warunkach skrajnego niedoboru energii? Odpowiedź kryje się w spowolnieniu tak zwanych “zegarów biologicznych”. Większość ożywionych mikroorganizmów to bakterie tlenowe, które potrzebują tlenu do przetrwania, ale nauczyły się funkcjonować w trybie ultraoszczędnościowym.
Tempo oddychania przeciętnego mikroorganizmu z głębin jest tysiąc razy wolniejsze niż mikrobów żyjących na dnie morskim, a te z kolei oddychają tysiąc razy wolniej niż mikroby hodowane w laboratoriach. Oznacza to, że metabolizm starożytnych organizmów jest milion razy wolniejszy od tego, co obserwujemy w normalnych warunkach.
Życie w trybie hibernacji
Zastępowanie molekuł w ciałach tych mikroorganizmów zajmuje im setki, a nawet tysiące lat. To rodzi fundamentalne pytania o naturę życia: czy organizmy te są praktycznie nieśmiertelne, czy może potrafią się dzielić przy znacznie mniejszej energii, niż wcześniej uważano za możliwe.
Badania sugerują, że mikroby mogą żyć z wodoru wytwarzanego przez naturalne radiolityczne rozszczepienie wody. Obliczenia wskazują, że w niektórych częściach oceanu energia dostępna z tego źródła może być równa lub większa niż energia z pogrzebanej materii organicznej.
Nowe perspektywy dla nauki
Odkrycie to całkowicie zmienia nasze postrzeganie granic życia na naszej planecie. Wcześniej naukowcy zakładali, że życie może przetrwać jedynie kilka metrów pod dnem morskim, głównie w pobliżu bogatych w składniki odżywcze krawędzi kontynentalnych. Tymczasem okazuje się, że głęboka biosfera jest znacznie bardziej rozległa i różnorodna niż kiedykolwiek przypuszczano.
Osady morskie pokrywają około 70% powierzchni Ziemi i zawierają od 12% do 45% całkowitej biomasy mikrobiologicznej planety. Mikroorganizmy żyjące w tych głębinach wpływają na chemię osadów i leżących pod nimi skał wulkanicznych, co może oddziaływać na chemię górnego płaszcza Ziemi i atmosfery w skali milionów, a nawet miliardów lat.
Co dalej z tymi odkryciami?
W odróżnieniu od mikroorganizmów beztlenowych, które tylko minimalnie ożyły w tlenowych osadach, bakterie tlenowe wykazały niezwykłą żywotność. To sugeruje, że długotrwałe narażenie na tlen przez geologiczną skalę czasu może eliminować zdolność rewitalizacji organizmów anaerobowych.
Ciekawe jest również to, że znane formy przetrwalnikowe, takie jak zarodniki, stanowiły niewielki odsetek społeczności mikrobiologicznych w inkubacjach. Oznacza to, że kiełkowanie zarodników odgrywało bardzo ograniczoną rolę w procesie ożywienia — większość mikroorganizmów przetrwała w swojej normalnej formie, ale w stanie głębokiej hibernacji.
To przełomowe badanie otwiera nowe rozdziały w naszym rozumieniu życia na Ziemi. Pokazuje, że granice biologicznego przetrwania są znacznie szersze, niż dotychczas sądzono, a starożytne formy życia mogą kryć się w miejscach, gdzie nikt by ich nie szukał. Chociaż doniesienia brzmią nieco jak science fiction, warto zachować zdrowy sceptycyzm — dopiero kolejne badania pokażą, czy te niezwykłe organizmy rzeczywiście funkcjonują tak, jak się wydaje.
Odkrycie może mieć również implikacje dla poszukiwań życia na innych planetach, gdzie podobne ekstremalne warunki mogą panować przez miliardy lat. Być może odpowiedź na pytanie o istnienie życia poza Ziemią kryje się głęboko pod powierzchnią innych ciał niebieskich, czekając na swojego odkrywcę.