Mikroorganizmai urvų tamsoje: atradimas, keičiantis mūsų supratimą apie gyvybę Visatoje

Alabamos universiteto geologijos profesorė ir biologė Hazel Barton, nusileidusi į urvų tamsą, nesitikėjo aptikti organizmų, gebančių naudoti šviesą kaip energijos šaltinį. Šis radinys keičia fotosintezės suvokimą ir išplečia supratimą apie tai, kur Visatoje gali egzistuoti gyvybė.

„Siena švytėjo neįtikėtinai ryškia žalia spalva. Tokios sodrios spalvos dar nebuvo tekę matyti. Ir vis dėlto mikrobai gyveno absoliučioje tamsoje“, – prisimena H. Barton.

Mikrobų atradimas „Carlsbad urvuose“

Po uolėtais Čihuahua dykumos kanjonais Naujoje Meksikoje plyti 119 urvų sistema, priklausanti Carlsbad urvų nacionaliniam parkui. Kalkakmenio struktūros čia susiformavo prieš milijonus metų. Žinomiausias yra Carlsbad urvas, kuriame yra milžiniška Didžioji salė, kurios ilgis siekia beveik 1,2 km.

© Mokslininkai aptiko storas žalias bioplėveles giliai šviesos neturinčiose olose.

„Patekti čia lengva, tai didelis kalkakmenio urvas su įrengtais laiptais ir takais, todėl nusileisti gali bet kas“, – paaiškino Upsalos universiteto mikrobiologas Larsas Behrendtas.

Kasmet urvą aplanko šimtai tūkstančių žmonių, tačiau nedaugelis žino, kad būtent čia buvo padarytas vienas įdomiausių pastarųjų metų mikrobiologinių atradimų. Gilioje tamsoje tyrėjai rado mikroorganizmų, gebančių gauti energiją iš infraraudonosios šviesos.

2018 m. L. Behrendtas pakvietė H. Barton prisijungti prie mokslinės ekspedicijos. Dirbdami jie apšvietė sienas žibintais ir pastebėjo žalių mikroorganizmų sluoksnį – cianobakterijas, kurios paprastai maitinasi saulės šviesa.

„Leidomės vis giliau ir giliau. Galiausiai atsidūrėme tokioje vietoje, kur be žibintų nieko nesimatė. Turėjome naudoti galvinius prožektorius, kad įžiūrėtume savo rankas, bet net ir tada ant sienos vis dar matėsi žalias pigmentas“, – pasakojo biologė.

Vėliau paaiškėjo, kad urve esančios cianobakterijos turi specialių tipų chlorofilo – D ir F. Dėl to jos geba naudoti artimąją infraraudonąją šviesą, kuri į kalkakmenio urvus prasiskverbia giliau nei įprasta matomoji šviesa.

„Kalkakmenis, iš kurio sudarytas urvas, sugeria beveik visą matomą šviesą. O artimajai infraraudonajai spinduliuotei urvas veikia kaip milžiniškas veidrodis“, – paaiškino H. Barton.

Tyrimai parodė, kad tokie mikroorganizmai aptinkami beveik visose urvų sistemos dalyse, tačiau didžiausia jų koncentracija pastebima būtent tamsiausiuose ruožuose.

„Mes parodėme, kad jie čia ne tiesiog egzistuoja, o vykdo fotosintezę visiškai apsaugotoje aplinkoje, kurioje greičiausiai nebuvo veikiami išorinių veiksnių daugiau nei 49 mln. metų“, – apibendrino L. Behrendtas.

Šio atradimo svarba ieškant nežemiškos gyvybės

Mokslininkai mano, kad šis atradimas gali būti reikšmingas ieškant gyvybės už Žemės ribų. Dauguma mūsų Galaktikos žvaigždžių yra vadinamosios raudonosios nykštukės, kurios spinduliuoja daugiausia artimąją infraraudonąją šviesą.

„Jos skleidžia daug ultravioletinių spindulių, todėl gyvybei tokios žvaigždės yra toksiškos“, – paaiškino H. Barton.

Anksčiau mokslininkai manė, kad fotosintezė įmanoma tik esant matomajai šviesai. Tačiau nauji tyrimai rodo, kad kai kurie mikroorganizmai geba naudoti ir infraraudonąją spektro dalį.

„Dauguma mūsų Galaktikos žvaigždžių priklauso M ir K klasėms. Tai reiškia, kad jos spinduliuoja artimąją infraraudonąją šviesą. Vis dėlto mes beveik nieko nežinome apie tai, kaip fotosintezė ir gyvybė gali išlikti prie tokio apšvietimo“, – sakė H. Barton.

Dabar ji kartu su kolegomis planuoja naujus tyrimus, kad nustatytų minimalų apšvietimo lygį, būtiną tokiai fotosintezei. Tai gali padėti astrobiologams suprasti, prie kokių žvaigždžių verta ieškoti potencialiai tinkamų gyvybei planetų.

„Mūsų tikslas – išsiaiškinti, koks maksimalus bangos ilgis ir minimalus apšviestumas leidžia vykti fotosintezei. Tuomet būtų galima paimti 100 mlrd. potencialių žvaigždžių, į kurias galima nukreipti teleskopą, ir susiaurinti jų skaičių iki, sakykime, 50 žvaigždžių, kurios tikrai gali būti tinkamos gyvybei“, – pasakojo profesorė.

„Yra labai mažai būdų, kaip atmosferoje galėtų atsirasti deguonies be gyvybės įsikišimo. Todėl, jei mums pavyktų rasti deguonies vienos iš tokių egzoplanetų atmosferoje, tai būtų labai stiprus signalas apie potencialų gyvybės egzistavimą“, – pridūrė ji.

Beje, potenciali gyvybė Saulės sistemoje vargu ar geba užmegzti kontaktą, tačiau mokslininkai išskiria kelias perspektyvias vietas. 

Marse marsaeigiai „Curiosity“ ir „Perseverance“ ieško senovinių mikrobų pėdsakų uolienose, kur prieš milijardus metų buvo vandens. Tyrėjai pažymi, kad kai kurie mėginiai jau turi biologinių indikatorių požymių.

Ypatingo dėmesio sulaukia ledinis Saturno palydovas Enceladas su savo polediniu vandenynu ir Jupiterio palydovas Europa, kurią netrukus tirs misijos „Juice“ bei „Europa Clipper“. Taip pat perspektyvus yra Titanas, kur zondas „Huygens“ užfiksavo unikalų metano ciklą ir sudėtingas molekules, kurios gali būti gyvybės pagrindas.