Badacze z Princeton odkryli kolonię bakterii żyjącą ponad 3 km pod ziemią. Znajdując życie w tych ekstremalnych warunkach, naukowcy poszerzają wiedzę na temat tego, jakie nawyki mogą wspierać życie.
Grupa badawcza pod przewodnictwem Princeton odkryła odizolowaną społeczność bakterii prawie dwie mile pod ziemią, która czerpie całą swoją energię z rozpadu skał radioaktywnych, a nie ze światła słonecznego. Według członków zespołu odkrycie sugeruje, że życie może istnieć w podobnie ekstremalnych warunkach, nawet na innych światach.
Samowystarczalna społeczność bakteryjna, która żyje w bogatych w składniki odżywcze wodach gruntowych znalezionych w południowoafrykańskiej kopalni złota, jest izolowana od powierzchni Ziemi przez kilka milionów lat. Reprezentuje pierwszą grupę drobnoustrojów, o których wiadomo, że są pożywieniem wyłącznie geologicznie wytwarzanych związków wodoru i siarki. Ekstremalne warunki, w których żyją bakterie, przypominają te z wczesnej Ziemi, potencjalnie oferując wgląd w naturę organizmów, które żyły długo przed tym, jak nasza planeta miała atmosferę tlenową.
Naukowcy, którzy pochodzą z dziewięciu współpracujących instytucji, musieli zakopać 2,8 km pod powierzchnią naszego świata, aby znaleźć te niezwykłe drobnoustroje, prowadząc ich do spekulacji, że życie mogłoby istnieć w podobnych okolicznościach w innym miejscu w Układzie Słonecznym.
„To, co naprawdę sprawia, że płyną moje soki, to możliwość życia pod powierzchnią Marsa” - powiedział Tullis Onstott, profesor geologii z Princeton University i kierownik zespołu badawczego. „Bakterie te zostały odcięte od powierzchni Ziemi przez wiele milionów lat, ale prosperowały w warunkach, które większość organizmów uważałaby za niegościnne dla życia. Czy te społeczności bakteryjne mogą przetrwać bez względu na to, co wydarzyło się na powierzchni? Jeśli tak, rodzi to możliwość przetrwania organizmów nawet na planetach, których powierzchnia już dawno stała się martwa. ”
Zespół Onstott opublikował swoje wyniki w numerze czasopisma Science z 20 października. W skład grupy badawczej wchodzi najpierw autor Li-Hung Lin, który przeprowadził wiele analiz jako doktorant w Princeton, a następnie jako doktorant w Carnegie Institution.
„Te bakterie są naprawdę wyjątkowe, w najczystszym tego słowa znaczeniu”, powiedział Lin, obecnie z National Taiwan University. „Wiemy, jak izolowane były bakterie, ponieważ analizy wody, w której żyją, wykazały, że jest ona bardzo stara i nie została rozcieńczona przez wody powierzchniowe. Ponadto stwierdziliśmy, że węglowodory w środowisku jak zwykle nie pochodzą z organizmów żywych, a źródło wodoru potrzebne do ich oddychania pochodzi z rozkładu wody w wyniku radioaktywnego rozkładu uranu, toru i potasu. ”
Ponieważ woda gruntowa, z której zespół pobrał próbki w celu znalezienia bakterii, pochodzi z kilku różnych źródeł, trudno jest dokładnie określić, jak długo bakterie były izolowane. Zespół szacuje, że ramy czasowe mieszczą się w przedziale od 3 do 25 milionów lat, co oznacza, że żywe istoty są jeszcze bardziej przystosowalne, niż kiedyś sądzono.
„Wiemy zaskakująco mało na temat pochodzenia, ewolucji i ograniczeń życia na Ziemi”, powiedziała biogeochemik Lisa Pratt, która kierowała wkładem Indiana University Bloomington w projekt. „Naukowcy dopiero zaczynają badać różnorodne organizmy żyjące w najgłębszych częściach oceanu, a skorupa skalna na Ziemi jest praktycznie niezbadana na głębokościach ponad pół kilometra pod powierzchnią. Organizmy, które opisujemy w tym artykule, żyją w zupełnie innym świecie niż ten, który znamy na powierzchni. ”
Ten podziemny świat, jak powiedział Onstott, jest lekkim basenem gorącej, słonej wody pod ciśnieniem, która śmierdzi siarką i szkodliwymi gazami, które ludzie uznaliby za niemożliwe do oddychania. Ale nowo odkryte bakterie, które są dalekie od podziału drobnoustrojów Firmicutes, które istnieją w pobliżu podmorskich otworów hydrotermalnych, kwitną tam.
„Promieniowanie pozwala na produkcję wielu związków siarki, które bakterie te mogą wykorzystać jako wysokoenergetyczne źródło pożywienia” - powiedział Onstott. „Dla nich to jak jedzenie chipsów ziemniaczanych”.
Ale przybycie zespołu badawczego przyniosło do podziemnego świata jedną substancję, która, choć niezbędna dla przetrwania człowieka, okazała się śmiertelna dla drobnoustrojów - powietrze z powierzchni.
„Te stworzenia wydają się mieć prawdziwy problem z narażeniem na tlen”, powiedział Onstott. „Nie możemy utrzymać ich przy życiu po ich pobraniu. Ale ponieważ to środowisko jest bardzo podobne do wczesnej Ziemi, daje nam to kontrolę nad tym, jakie stworzenia mogły istnieć, zanim mieliśmy atmosferę tlenową. ”
Onstott powiedział, że wiele setek milionów lat temu niektóre z pierwszych bakterii na tej planecie mogły się rozwijać w podobnych warunkach i że nowo odkryte drobnoustroje mogą rzucić światło na badania nad początkami życia na Ziemi.
„Bakterie te prawdopodobnie znajdują się blisko podstawy drzewa dla bakteryjnej domeny życia” - powiedział. „Mogą być genealogicznie dość starożytni. Aby się tego dowiedzieć, będziemy musieli porównać je z innymi organizmami, takimi jak Firmicutes i inne takie kochające ciepło stworzenia z głębinowych otworów wentylacyjnych lub gorących źródeł. ”
Zespół badawczy buduje małe laboratorium 3,8 km pod powierzchnią w regionie Witwatersrand w Południowej Afryce, aby przeprowadzić dalsze badania nowo odkrytego ekosystemu, powiedział Onstott, który ma nadzieję, że odkrycia przydadzą się, gdy przyszłe sondy kosmiczne zostaną wysłane w poszukiwaniu życia na innych planetach.
„Dla mnie dużym pytaniem jest, w jaki sposób te stworzenia sobie radzą?” Powiedział Onstott. „Czy ten jeden szczep bakterii ewoluował, aby posiadać wszystkie cechy niezbędne do samodzielnego przetrwania, czy też współpracują z innymi gatunkami bakterii? Jestem pewien, że będą mieli dla nas więcej niespodzianek i pewnego dnia pokażą nam, jak i gdzie szukać drobnoustrojów w innym miejscu ”.
Inni autorzy tej pracy to Johanna Lipmann-Pipke z GeoForschungsZentrum, Poczdam, Niemcy; Erik Boice z Indiana University; Barbara Sherwood Lollar z University of Toronto; Eoin L. Brodie, Terry C. Hazen, Gary L. Andersen i Todd Z. DeSantis z Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, Kalifornia; Duane P. Moser z Desert Research Institute, Las Vegas; oraz Dave Kershaw z kopalni Mponeng, Anglo Gold, Johannesburg, Republika Południowej Afryki.
Pratt i Onstott od lat współpracują w ramach Indiana-Princeton-Tennessee Astrobiology Institute (IPTAI), centrum badawczego finansowanego przez NASA, którego zadaniem jest projektowanie instrumentów i sond do wykrywania życia w skałach i głębokich wodach gruntowych na Ziemi podczas planowania podziemnej eksploracji Mars. Zalecenia IPTAI dla NASA będą opierać się na ustaleniach omówionych w raporcie naukowym.
Prace te były również wspierane przez granty z National Science Foundation, US Department of Energy, National Science Council of Taiwan, Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, German Research Foundation) oraz Killam Fellowships Program .
Oryginalne źródło: Princeton University News Release
