Głęboko pod ziemią kwitnie życie. Znaleziono je nawet 4,3 km pod powierzchnią

Naukowcy odkryli zdumiewającą różnorodność mikrobów żyjących głęboko pod powierzchnią naszej planety. Znaleźli różne formy życia na głębokości 491 metrów pod dnem oceanu i ponad 4,3 kilometra pod powierzchnią lądów. Odkrycia te mogą mieć znaczenie w poszukiwaniach życia na innych planetach.

Życie na Ziemi znajduje się niemal wszędzie. Nawet głęboko pod naszymi stopami znajduje się rozległa i różnorodna biosfera, którą naukowcy dopiero zaczynają poznawać. Podziemne mikroby żyjące kilometry pod powierzchnią planety radzą sobie bez dostępu do światła słonecznego, w wysokich temperaturach, słabej dostępności składników odżywczych i ogromnych ciśnieniach. Aby zbadać i udokumentować ten fascynujący, ukryty świat, ekipa naukowców kierowana przez Emila Ruffa z Woods Hole Oceanographic Institution w USA oraz Isabellę Hrabe de Angelis z Max Planck Institute for Chemistry w Niemczech opracowali globalny atlas różnorodności mikrobów zamieszkujących w głębi Ziemi.

Rezultaty oraz opis prac ukazał się na łamach pisma „Science Advances” (DOI: 10.1126/sciadv.adq0645).

Podziemne królestwo

W swoich badaniach naukowcy przeanalizowali próbki z ponad 50 lokalizacji na całym świecie, zebrane z powierzchni oraz spod powierzchni Ziemi, a także z miejsc takich jak jaskinie czy kominy hydrotermalne na dnie oceanów. Próbki powierzchniowe pobrano z gleb, osadów lub z powierzchni wodny, natomiast próbki podziemne pobrano z odwiertów, płynów ze szczelinowania hydraulicznego, kopalni czy warstw wodonośnych.

Różnorodność odkrytych form życia zaskoczyła naukowców, zwłaszcza biorąc pod uwagę, że zamieszkują one tak nieprzyjazne, ekstremalne środowisko. W szczególności dotyczyło to mikroorganizmów ze środowisk morskich, ale też archeonów. – Powszechnie przyjmuje się, że im głębiej schodzi się pod powierzchnię Ziemi, tym mniej energii jest dostępnej, a liczba komórek, które mogą przetrwać, jest mniejsza. Z kolei im więcej energii jest dostępnej, tym większą różnorodność można wygenerować i utrzymać, jak w lasach tropikalnych lub rafach koralowych, gdzie jest dużo słońca i ciepła. Ale pokazujemy, że w niektórych środowiskach podziemnych różnorodność może łatwo dorównać, jeśli nie przewyższyć, różnorodności występującej na powierzchni – przyznał Ruff.

Łącznie w swoich pracach uczeni ocenili różnorodność mikrobiologiczną wśród 478 grup archeonów i 964 bakterii, a także 147 metagenomów z różnych lokalizacji morskich i lądowych. Po ośmiu latach badań odkryli 31 tys. unikalnych typów archeonów i ponad 377 tys. unikalnych typów bakterii w próbkach.

Podział komórki raz na tysiąclecie

Podstawowe funkcje biologiczne mieszkańców podziemi przebiegają znacznie wolniej niż u ich kuzynów żyjących na powierzchni. Życie to toczy się w zupełnie innym tempie. Bez dostępu do światła słonecznego organizmy podpowierzchniowe musiały zminimalizować zapotrzebowanie na energię i dostosować do tego metabolizm, by był jak najbardziej energooszczędny. Mikroorganizmy podziemne musiały nauczyć się pozyskiwać energię z otaczających materiałów i ich reakcji chemicznych: wodoru, metanu, siarki, serpentynizacji, martwych lub żywych ciał sąsiednich mikrobów, a nawet radioaktywności.

– To fascynujące, że w tych środowiskach o niskiej energii życie wydaje się być spowolnione do absolutnego minimum. Niektóre komórki pod powierzchnią dzielą się tylko raz na 1000 lat. Tak więc te mikroby mają zupełnie inne skale czasowe życia i potencjalnie możemy się od nich czegoś nauczyć o procesach starzenia – powiedział Ruff. – Ewolucyjne dostosowanie się do absolutnego zminimalizowania zapotrzebowania na energię i moc oraz zoptymalizowanie każdej pojedynczej części metabolizmu, aby był jak najbardziej energooszczędny ma sens. Możemy się od tych mikrobów nauczyć, jak być niezwykle wydajnym, pracując niemal bez niczego – dodał.

Podobieństwa i różnice

Analizują próbki badacze dostrzegli też wyraźne różnice w składzie ekosystemów morskich i lądowych, niezależnie od siedliska powierzchniowego lub podpowierzchniowego. – Istnieje bardzo wyraźny podział między formami życia w świecie morskim i lądowym, nie tylko na powierzchni, ale także pod powierzchnią. Presja selekcyjna jest bardzo różna na lądzie i w morzu. Po raz pierwszy naukowcy powszechnie zdali sobie sprawę, że głęboko pod naszymi stopami, w skałach i pod dnem morskim, znajduje się ogromny rezerwuar mikrobów – wskazał Ruff.

Naukowcy szacują obecnie, że 50–80 procent komórek mikrobiologicznych na Ziemi znajduje się pod powierzchnią, gdzie dostępność energii może być o rzędy wielkości mniejsza niż na oświetlonej słońcem powierzchni.

Analizy próbek pokazały, że archeony podpowierzchniowe były najbardziej zróżnicowane w solankach, jaskiniach, zimnych wysiękach i głębinach morskich. Z kolei bakterie podpowierzchniowe były najbardziej zróżnicowane w jaskiniach i osadach morskich. Całkowita różnorodność archeonów była najwyższa w podpowierzchniowych środowiskach morskich i środowiskach znajdujących się na granicy środowisk powierzchniowych i podpowierzchniowych. Całkowita różnorodność bakterii była również najwyższa w środowiskach granicznych.

– Zaskakujące jest jednak to, że życie podpowierzchniowe jest bardzo podobne do życia na powierzchni. Nie znaleźliśmy żadnych prawdziwych obcych, którzy nie mieliby przedstawicieli w żadnym ze środowisk powierzchniowych. Podpowierzchniowe mikroby są podobne do tych na powierzchni, więc musi następować wymiana, albo ewolucja mikrobów podpowierzchniowych przebiega zbyt wolno, podobnie jak wszystko inne tam na dole – podkreślił Ruff.

Życie na innych planetach

Z badań tych można wyciągnąć ciekawe wnioski. Bo skoro życie mikrobiologiczne jest obecne na naszej planecie głęboko pod jej powierzchnią, to na innych światach może być podobnie. Nasze poszukiwania życia pozaziemskiego, chociażby na Marsie, skupiają się jedynie na badaniu jego powierzchni. Nie dysponujemy co prawda odpowiednimi narzędziami, by zaglądnąć głęboko pod powierzchnię Marsa, ale z tych badań wynika, że warto to zrobić.

– Na Ziemi życie istnieje praktycznie wszędzie tam, gdzie temperatura, przynajmniej sezonowo, mieści się między temperaturą zamarzania a wrzenia wody. Podziemia trzy kilometry pod powierzchnią Ziemi i Marsa wyglądają bardzo podobnie, więc zrozumienie życia pod powierzchnią Ziemi może dostarczyć wskazówek, czego szukać na innych ciałach niebieskich – wyjaśnił Ruff.

Źródło: Ars Technica, Science Alert, IFLScience, fot. Emil Ruff