Termofile to zbiorowiska organizmów, które rozwijają się w środowiskach ogrzewanych geotermalnie. Bakterie i algi tworzą struktury zwane włóknami, które splatają się, tworząc maty. Być może są to jedne z najstarszych bakterii na naszej planecie. Na zdjęciu: Tam, gdzie rozkwitają geologia i biologia – termofile w Parku Narodowym Yellowstone, USA (Desertgardener1940 – praca własna, CC BY-SA 4.0 / Wikimedia)
Prowadzone od wielu lat badania dowodzą, że istnieją na świecie niesamowicie, wręcz ekstremalnie, wytrzymałe organizmy żywe. Spokojnie zamieszkują miejsca, w których z ludzkiego punktu widzenia egzystencja wydaje się niemożliwa. Panujące tam warunki są tak trudne, że nie moglibyśmy w nich przebywać ani chwili, nie doznając przy tym poważnych uszkodzeń ciała.
Jednym z takich miejsc jest Kotlina Danakilska w północnej Etiopii, a szczególnie okolice i wnętrze wulkanu Dallol. To najgorętsze, najsuchsze, najbardziej zakwaszone i zasolone miejsce na Ziemi. Jakby tego było mało, z głębi ziemi, gdzie krąży gorąca lawa, wypłukiwane są na powierzchnię metale ciężkie.
W takich oto podobnych jak na Marsie nieludzkich warunkach – we wrzących, żrących, trujących roztworach – żyją ekstremofile. Ekstremalnie wytrzymałe mikroorganizmy.
Ich obecność na świecie utwierdza naukowców w przekonaniu, że na innych planetach, w tym na Marsie, istnieje życie. „Czym jest życie? Jakie są granice życia? Naukowcy nie są zgodni odnośnie tego, czym jest życie” – stwierdził dr Felipe Gómez z Centrum Astrobiologii w Madrycie w wywiadzie dla „The New York Times”. „Jeśli znajdziemy życie na Marsie, to czy będziemy w stanie je rozpoznać? Nie wiemy tego”.
Krajobraz wulkanu Dallol w Kotlinie Danakilskiej (Ji-Elle – praca własna, CC BY-SA 3.0, Wikimedia)
Jak musi być, żeby było ekstremalnie?
Z punktu widzenia warunków fizycznych ekstremalnie trudne środowisko to takie, gdzie panują skrajnie wysokie lub niskie temperatury, gdzie jest bardzo mała ilość wody, gdzie jest wysokie promieniowanie radioaktywne lub też panuje miażdżąco wysokie ciśnienie.
Dodatkowo trudność w przeżyciu mogą stwarzać warunki chemiczne, tj. wysokie zasolenie, kwasowość, wysokie utlenianie lub oksydacja, a także obecność metali ciężkich.
Obecnie dzięki kolejnym odkryciom wiemy, że mikroorganizmy można znaleźć dosłownie wszędzie. Występują w naturalnych i sztucznych środowiskach – nawet w rurach odprowadzających kwas z kopalni odkrywkowych.
Ekstremofile potrafią tolerować trudne warunki, a czasami nawet po prostu nie potrafią bez nich żyć! Znacząca większość ekstremofili to organizmy jednokomórkowe, ale są wśród nich także organizmy wielokomórkowe, które żyją w skrajnych warunkach środowiskowych.
Przykładowo w 2004 roku naukowcy z Pennsylvania State University ogłosili odnalezienie ultramikrobakterii, które żyły w lodzie od ponad 120 000 lat! Odkrycia tego dokonali na Grenlandii, gdzie wykonywali odwierty lodowe na głębokość 3000 metrów. Chryseobacterium greenlandensis, bo tak nazwali ten gatunek bakterii, potrafi żyć w ekstremalnie niskich temperaturach, gdzie panuje niesamowicie wysokie ciśnienie – naciska je warstwa lodu grubego na 3 km! – a ilość tlenu i składników odżywczych jest znikoma.
Thermococcus gammatolerans najbardziej odporny na promieniowanie gamma organizm jednokomórkowy. Ekstremofil odkryty w 2003 r. w zagłębiu Guaymas żyje w roztworze siarkowodoru o pH 6 i temperaturze 55-95 st. C (Angels Tapias – archiwum Angels Tapias i Fabrice Confalonieri, CC BY 3.0, Wikimedia)
Jednokomórkowi supermeni mogą żyć na Marsie
W Dallol znaleziono niezwykle wytrzymałe organizmy należące do czterech kolejnych typów ekstremofili. Pierwsze to hipertermofile, które świetnie czują się w temperaturach powyżej 80 st. C. Posiadają mechanizm, który pozwala im regulować temperaturę wewnątrz ciała w stosunku do temperatury panującej na zewnątrz.
Drugi typ to acydofile, które w Dallol żyją m.in. w jeziorkach wypełnionych roztworem kwasu siarkowego. Ich maleńkie organizmy mają bardzo odporną błonę komórkową, która chroni je przed działaniem otoczenia już na poziomie elektronów i protonów! Do przeżycia wystarczają im mikroskopijne ilości substancji odżywczych. Dla porównania w hiszpańskiej rzece Tinto odkryto innego rodzaju acydofile, które energię potrzebną do życia czerpią z promieni słonecznych.
Halofile to trzeci typ ekstremofili z Dallol. Te dobrze czują się w roztworach o wysokim stężeniu soli, od 10 proc. aż po zupełnie suche słone środowisko – wyobraźmy sobie, że mielibyśmy żyć w kryształach soli. Jedne potrafią wypompowywać z wnętrza swoich organizmów nadmiar soli, inne po prostu mają taką strukturę, że szkodliwe drobinki soli nie są w stanie w nie wniknąć i ich uszkodzić.
Przeprowadzone na halofilach eksperymenty wykazały, że mikroorganizmy te są w stanie przetrwać działanie szkodliwych warunków panujących na powierzchni Marsa (promieniowanie UV, niskie temperatury i susze). Na Ziemi halofile znajdowane są nawet w kopalniach soli, które powstały po odparowanych starożytnych morzach!
Pyrococcus furiosus hipertermofil, który najlepiej czuje się w temperaturze 100 st. C (Fulvio314 – praca własna, CC BY-SA 3.0, Wikimedia)
Czwartym, najbardziej wytrzymałym typem ekstremofili znalezionych w Dallol, są poliekstremofile. To supermeni w świecie mikroorganizmów. Dla nich życie w niemal wrzących roztworach kwasu i soli jest codziennością.
Wcześniej znajdowano już termoacydofile żyjące w parujących, gorących roztworach kwasów. Odkryto także termoalkalifile, które bardzo dobrze czują się w ukropie słonej wody. Jednak odkrycie poliekstremofili przerosło wyobrażenia naukowców i dostarczyło okazji do nowych obserwacji. W jaki sposób odżywiają się tacy mikrosupermeni? W jaki sposób chronią wnętrze swoich maleńkich ciał?
Odpowiedzi na te pytania z pewnością poszerzą horyzonty poznawcze współczesnych astrobiologów. Dlatego do Dallol będą przybywać kolejne grupy badaczy.
Ekstremofile z typu alkalifili czują się komfortowo w bardzo zasadowych środowiskach gdzie pH wynosi od 8,5 do 11 (Bob Blaylock – praca własna, CC BY-SA 3.0, Wikimedia)
Dlaczego do Dallol?
Zdaniem zespołu naukowców z konsorcjum Europlanet, które skupia uczonych z 13 państw Unii Europejskiej, podobieństwa geologiczne między obszarem Dallol a różnymi potencjalnymi systemami hydrotermalnymi na Marsie wskazują, że ten wyjątkowy region stanowi doskonały obszar dla poszukiwań astrobiologicznych.
„Na Marsie występują złoża minerałów i osady siarczanowe podobne do tych, jakie obserwujemy w Kotlinie Danakilskiej. Od czasu do czasu wypływa tam również aktywna solanka” – wyjaśniła dr Barbara Cavalazzi z Uniwersytetu w Bolonii w wywiadzie dla BBC.
Dlatego naukowcy postanowili dokładnie przyjrzeć się temu miejscu na Ziemi, gdzie panują skrajnie trudne warunki, aby przynajmniej „spróbować poznać granice istnienia życia oraz prawdopodobieństwo zaistnienia takich form życia na innych planetach, tj. Mars” – dodał dr Gómez, który pracuje również przy projekcie Curiosity – łazika marsjańskiego wysłanego przez NASA na Czerwoną Planetę już ponad 7 lat temu.
Wulkan Dallol to miejsce tak niecodzienne, że będąc tam, można dosłownie poczuć się jak na obcej planecie. Cały teren przypomina scenerię filmu SF – po horyzont ciągnie się wysuszona na wiór skalista pustynia, a pośród niej żółcą się, czerwienią i zielenią wypełnione kwasem jeziora, gorące źródła, gejzery oraz wydychające trującą parę fumarole.
Teren wulkanu Dallol. Jeziorko wypełnione roztworem kwasu siarkowego, otoczone grubą warstwą skrystalizowanej soli, siarki, różnych minerałów i metali ciężkich (Ji-Elle – praca własna, CC BY-SA 3.0, Wikimedia)
Z głębi wulkanu wydobywają się różnokolorowe substancje, które osiadają na powierzchni ziemi i zamieniają całą okolicę w wielkopowierzchniowe dzieło artystyczne.
Jaskrawe kolory są wynikiem odparowywania słonej, morskiej wody, która przenika tutaj z oddalonego o ok. 70 km Morza Czerwonego. Gdy dociera ona do Dallol jest podgrzewana przez magmę. Wrząca słona woda zaczyna wchodzić w reakcje z zawartymi w magmie minerałami i w postaci pary wodnej przenika grunt i unosi się w górę. Gdy para dociera na powierzchnię, odparowuje, zaś cała reszta jaskrawokolorowych związków chemicznych osiada na ziemi.
W najgorętszych jeziorkach, gdzie stężenie kwasu jest bardzo wysokie, sól i kwas wchodzą w reakcję i formują jasnożółte kominy i wały. Natomiast w chłodniejszych sadzawkach miedź barwi solankę na jaskrawoturkusowy kolor.
Miejscami Dallol może przypominać strefę hydrotermalną z Yellowstone. Jednak tutejszy klimat jest o wiele gorętszy. Temperatura w trakcie dnia, w cieniu sięga niejednokrotnie 50 st. C, a nocą nie spada poniżej 23 st. C. Dodatkowo roztwory wypływające na powierzchnię mają bardzo niskie pH, miejscami nawet 0,2, a ich temperatura jest bliska 100 st. C.
W regionie wulkanu nie mieszkają na stałe żadni ludzie, niemniej teren ten znany jest wędrownemu ludowi Afarów.
Fumarole w Dallol – różnobarwne osady siarki, soli, miedzi otoczone roztworem soli i kwasu siarkowego (Rolf Cosar – praca własna, CC BY 3.0, Wikimedia)
„Kiedy chodzi się po obszarze geotermalnym, trzeba być bardzo ostrożnym, gdyż solna skorupa jest bardzo delikatna i krucha, zatem trzeba uważać, żeby na nią nie nadepnąć” – ostrzegała dr Cavalazzi – „Jeśli wpadniesz do mającej 100 st. C i ekstremalnie kwasowej wody, to będzie wielki problem, bo najbliższy szpital jest w Mekelie, które oddalone jest o wiele godzin drogi od krateru Dallol. Kiedy udaję się w tamten region, zawsze zabieram ze sobą afarskiego przewodnika, oni dokładnie wiedzą, gdzie iść i gdzie można postawić stopę”.
Zdobyte w trakcie badań doświadczenie i poczynione obserwacje dostarczają naukowcom niezbędnych informacji dla przyszłych misji kosmicznych. Cała wiedza i doświadczenie dotyczące sposobu poruszania się w tamtym rejonie, metod zbierania próbek, przechowywania ich i wykrywania życia są wręcz bezcenne.
