Η ύπαρξη ζωής στα πιο δύσκολα και δυσπρόσιτα μέρη του πλανήτη ευέξαπτε πάντα τη φαντασία του ανθρώπου. Τα έγκατα του πλανήτη μας συνεχίζουν ακόμη και στις μέρες μας να αποτελούν ανεξάντλητη πηγή έμπνευσης σκοτεινών μυθοπλασιών και λογοτεχνικών συγγραμμάτων.
Παράλληλα όμως, το αθέατο σύμπαν των ζωντανών οργανισμών, που βρίσκεται «θαμμένο» κάτω από την επιφάνεια της Γης και των θαλασσών, αποτελεί, εδώ και πολλά χρόνια, ένα σπουδαίο ερευνητικό αντικείμενο. Μια πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό «Nature», με επικεφαλής τη Βιρτζίνια Έντκομπ, ερευνήτρια του Ωκεανογραφικού Ινστιτούτου του Γουντς Χολ των ΗΠΑ, διευρύνει ακόμα περισσότερο τη γνώση μας για τα όρια της ζωής στη Γη, καθώς αναδεικνύει μικροσκοπικές μορφές ζωής ικανές να επιβιώσουν σε πετρώματα που βρίσκονται χιλιόμετρα βαθιά μέσα στο έδαφος, κάτω από τον θαλάσσιο βυθό.
Ωκεάνιος φλοιός: Ένας αφιλόξενος τόπος για ζωή
Τα πετρώματα του κατώτερου ωκεάνιου φλοιού, του επιφανειακού στερεού στρώματος της Γης που βρίσκεται κάτω από τον πυθμένα της θάλασσας, θέτουν τα όρια της ζωής στον πλανήτη μας. Ο ωκεάνιος φλοιός έχει πάχος αρκετών χιλιομέτρων και αποτελείται κυρίως από πυριγενή και ιζηματογενή πετρώματα. Καλύπτει πολύ μεγάλο μέρος της επιφάνειας της Γης, σχεδόν το 60%. Τα σκοτεινά νερά των ωκεανών μαζί με τις αχανείς εκτάσεις του πυθμένα τους αποτελούν άλλωστε τον μεγαλύτερο σε έκταση οικότοπο.
Ο ωκεάνιος φλοιός σχηματίζεται ανάμεσα στις τεκτονικές πλάκες, εκεί που η αναδυόμενη λάβα από τα κατώτερα στρώματα της Γης συναντά το θαλασσινό νερό και ψύχεται. Τα πετρώματα που σχηματίζονται κατ’ αυτόν τον τρόπο απομακρύνονται από τα σημεία αυτά και θάβονται κάτω από πυκνά ιζήματα. Ενώ η ύπαρξη μικροοργανισμών στα ανώτερα στρώματα του φλοιού ήταν γνωστή εδώ και καιρό, μόλις το 2003 βρέθηκαν ζωντανοί μικροοργανισμοί σε βαθύτερα μέρη του.
Στον ωκεάνιο φλοιό, στα πετρώματα που εντοπίζονται αρκετά πιο βαθιά από τον πυθμένα των ωκεανών, έχουν εντοπιστεί μέχρι στιγμής μόνο μικροοργανισμοί. Η επιβίωση σ’ αυτά τα αφιλόξενα μέρη είναι εξαιρετικά δύσκολη. Οι μικροοργανισμοί έχουν να αντιμετωπίσουν μια σειρά από προκλήσεις, όπως η έλλειψη φωτός και πηγών τροφής και ενέργειας.
Ένα «ταξίδι στο κέντρο της Γης»
Η επιστημονική ομάδα της Βιρτζίνια Έντκομπ συνέλεξε το υλικό από γεώτρηση σε ένα σημείο στο νοτιοδυτικό Ινδικό Ωκεανό που ονομάζεται Atlantis Bank. Το σημείο αυτό βρίσκεται περίπου 800 μίλια νοτιοανατολικά της Μαδαγασκάρης. Η επιλογή της συγκεκριμένης τοποθεσίας για εξορύξεις δεν είναι καθόλου τυχαία, αφού εκεί, σε αντίθεση με τις περισσότερες περιοχές του πλανήτη, έχουν εκτεθεί στην επιφάνεια με την πάροδο εκατομμυρίων ετών τμήματα του κατώτερου φλοιού που συνήθως είναι πιο βαθιά μέσα στη Γη και πολύ δύσκολα προσβάσιμα.
Τα έντεκα πετρώματα που μελετήθηκαν, συλλέχθηκαν από το πλοίο - γεωτρύπανο «Joides» του «Resolution» International Ocean Discovery Program (Διεθνές Πρόγραμμα Ανακάλυψης Ωκεανών) ή IODP. Πρόκειται για πρόγραμμα διεθνούς επιστημονικής συνεργασίας που από το 2013 προωθεί την έρευνα για τον ωκεάνιο φλοιό με σκοπό την κατανόηση φαινομένων που σχετίζονται με τις συνθήκες στους ωκεανούς, με την κλιματική αλλαγή αλλά και με την εξέλιξη της ζωής στη Γη.
Μέσα σε μικροσκοπικές τρύπες σ’ αυτά τα πετρώματα του ωκεάνιου φλοιού, 750 μέτρα κάτω από τον πυθμένα της θάλασσας, εντοπίστηκαν, έστω και σε μικρή ποσότητα, κοινότητες μικροβίων. Αυτοί οι μικροοργανισμοί ζουν μέσα στις μικροσκοπικές τρύπες των πετρωμάτων και κατορθώνουν να επιβιώσουν στο βαθύ σκοτάδι. Πρόκειται για είδη βακτηρίων, μυκήτων και αρχαίων. Κυρίως εντοπίστηκαν μικροοργανισμοί γνωστοί για την ικανότητά τους να προσαρμόζονται σε ακραία περιβάλλοντα, όπως βακτήρια του γένους Pseudomonas και τα κυανοβακτήρια Chroococcidiopsis.
Προκειμένου να απομονωθούν και γίνει ο ποσοτικός και ο ποιοτικός προσδορισμός των μικροβιακών κοινοτήτων, επιστρατεύτηκε μια πληθώρα επιστημονικών εργαλείων: πραγματοποιήθηκαν χημικές, βιοχημικές και μοριακές αναλύσεις των δειγμάτων, χρήση ηλεκτρονικού μικροσκοπίου κ.ά. Τα δείγματα συλλέχθηκαν και επεξεργάστηκαν με ιδιαίτερη προσοχή προκειμένου να αποφευχθούν οι επιμολύνσεις, ενώ μέρος της πειραματικής διαδικασίας πραγματοποιήθηκε στα εργαστήρια του πλοίου.
Στρατηγικές επιβίωσης
Αφού συλλέχθηκαν τα δείγματα, οι ερευνητές θέλησαν στη συνέχεια να μελετήσουν τους μηχανισμούς που έχουν αναπτύξει οι μικροοργανισμοί του ωκεάνιου φλοιού προκειμένου να επιβιώνουν σε τόσο ακραία περιβάλλοντα. Καθώς η καλλιέργειά τους in vitro αποδείχθηκε δύσκολη υπόθεση, στράφηκαν στη μελέτη της γονιδιακής έκφρασης των μικροοργανισμών ώστε να εντοπίσουν τα γονίδια που ευθύνονται για τις στρατηγικές επιβίωσής τους. Φαίνεται ότι οι μικροοργανισμοί κατορθώνουν να επιβιώνουν διατηρώντας πολύ χαμηλούς μεταβολικούς ρυθμούς και αποθηκεύοντας άνθρακα στα κύτταρά τους. Σε αντίθεση με την κυρίαρχη αντίληψη για τους μικροοργανισμούς ότι μεγαλώνουν και πολλαπλασιάζονται ταχύτατα, τα συγκεκριμένα είδη έχουν αξιοσημείωτα αργούς ρυθμούς ανάπτυξης και πολλαπλασιασμού, καθώς έχουν προσαρμοστεί στην έλλειψη θρεπτικών συστατικών.
Μετά από ανάλυση ενζύμων, λιπιδίων και γενετικού υλικού διαπιστώθηκε ότι οι μικροοργανισμοί βασίζονται στη διάσπαση της οργανικής ύλης του περιβάλλοντός τους προκειμένου να τραφούν. Οργανικές ουσίες, όπως λιπαρά οξέα και αμινοξέα, που φτάνουν σ’ αυτούς μέσα από ρωγμές του ωκεάνιου φλοιού, αποτελούν επίσης πηγή τροφής. Σε συνθήκες έλλειψης φωτός, οι οργανισμοί έχουν εξελιχθεί έτσι ώστε να χρησιμοποιούν την ενέργεια από χημικές αντιδράσεις για να επιβιώσουν.
Δεδομένης της πελώριας έκτασης που καλύπτει ο ωκεάνιος φλοιός, ακόμα κι αυτές οι αραιές κοινότητες μικροβίων, με τη μειωμένη κυτταρική δραστηριότητα, φαίνεται πως αποτελούν ένα τεράστιο οικοσύστημα που επηρεάζει την ανακύκλωση των θρεπτικών συστατικών σε παγκόσμια κλίμακα.
Ενδεικτική βιβλιογραφία:
1. Li, J., et al., Recycling and metabolic flexibility dictate life in the lower oceanic crust. Nature, 2020. 579(7798): p. 250-255.
2. Lever, M.A., et al., Evidence for microbial carbon and sulfur cycling in deeply buried ridge flank basalt. Science, 2013. 339(6125): p. 1305-8.
Στηρίξτε την έγκυρη και μαχητική ενημέρωση. Στηρίξτε την Αυγή. Μπείτε στο syndromes.avgi.gr και αποκτήστε ηλεκτρονική συνδρομή στο 50% της τιμής.
