Először vizsgálták részletesen, van-e élet az óceánok alatti földkéregben. Kiderült, hogy a kőzetek repedéseinek mélyén nyüzsögnek a mikroorganizmusok, amelyek a Föld legnagyobb életközösségét alkothatják, és teljesen másképp működnek, mint azok, amelyek a kéreg tetején élnek. Lehetséges, hogy más bolygókon is léteznek hasonló élőlények.

2003-ban indult az óceánok aljzatát kutató Integrált Óceáni Fúróprogram (IODP). A JOIDES Resolution nevű kutatóhajó fúrója 2,5 kilométerre a vízfelszín alatt, több száz méter vastag üledéken áthatolva vett mintát az óceáni kéregből Észak-Amerika nyugati partjai mentén. A mélyből származó mintákat Mark Lever mikrobiológus vizsgálta meg a hajó felszínén. A kutatások eredményeit a Science, a világ egyik vezető tudományos lapja közölte.

A Föld legnagyobb életközössége

A Föld gömbhéjas szerkezetű: legbelül helyezkedik el a mag, ezt veszi körül a földköpeny, legkívül pedig a földkéreg van, ezen élünk. A földkéreg a szárazföldek alatt vastagabb (átlagosan 30 kilométeres), az óceánok alatt vékonyabb (7 kilométer). Régóta tudják, hogy a föld mélyén is élnek baktériumok (bányákból, fúrásokból), de néhány éve nagy meglepetést okozott, hogy milyen óriási mennyiségben vannak jelen. 2008-ban hatalmas tömegű biomasszát fedeztek fel az óceáni kéregre rárakódott üledékben. Mindeddig nyitva maradt azonban a kérdés: folytatódik-e ez a mélységi bioszféra magában a kéregben is, az üledék alatt?

"Első ízben szereztünk közvetlen bizonyítékot arra, hogy az élet magában az óceáni kéregben is megtalálható. Az iskolában azt tanítják, hogy a napfény a földi élet elengedhetetlen feltétele. A fotoszintetizáló szervezetek a napfény energiája segítségével alakítják át szerves anyaggá a szén-dioxidot, ily módon ezek alkotják a földi táplálékláncok alapját. Az óceáni kéreg lyukacsos kőzeteiben található élet azonban alapvetően különbözik ettől. A fennmaradásához szükséges energia geokémiai folyamatokból származik" - mondta Lever, aki a kutatások idején a Chapel Hill-i Észak-Karolinai Egyetem PhD-hallgatója volt.

IODP
A JOIDES Resolution kutatóhajó

A bazaltos óceáni kéregben vékony repedéshálózatok, erek futnak, amelyeken keresztülhatol a víz. A víz valószínűleg reakcióba lép a bazaltban lévő redukált vasvegyületekkel, például az olivinnel, és ennek folyamán hidrogén szabadul fel. A mikroorganizmusok ezt a hidrogént használják fel energiaforrásként, hogy szerves anyaggá alakítsák a szén-dioxidot.

Az óceáni kéreg a Föld felszínének 60 százalékát borítja. A térfogata alapján a benne élő szervezetek alkotják bolygónk legnagyobb ökoszisztémáját.

A bazaltban őshonosak

Annak ellenére, hogy ez a hatalmas ökoszisztéma energetikai szempontból valószínűleg elsősorban hidrogénre épül, több különböző életforma található itt. A hidrogént oxidáló mikroorganizmusok szerves anyagot hoznak létre, amely más mikroorganizmusoknak szolgálnak kiindulási alapul a bazaltban. Néhány szervezet metántermeléssel vagy szulfátredukcióval jut energiához, mások a szerves anyagok fermentáció révén való lebontásával fedezik energiaszükségletüket.

Forrás: NOAA and NSF
Magmakitüremkedés az óceáni aljzaton

Mark Lever a kénredukáló és a metántermelő organizmusok szakértője, így elsősorban ezek vizsgálatára koncentrált, amikor az óceáni kéregből vett mintákat elemezte. Ezek az élőlények fel tudják használni a hidrogént energiaforrásként, és jellemzően nem fordulnak elő a tengervízben. A minták vizsgálatakor Levernek biztosnak kellett lennie abban, hogy semmilyen szennyező mikroorganizmus nem kerül a bazalterekbe a fúrási folyamat és a felszínre hozatal során.

"55 kilométerre gyűjtöttük a mintákat a legközelebbi olyan kőzetkibúvástól, ahol tengervíz kerül a bazaltba" - mondta Lever. A bazalterekben lévő víz kémiai összetétele alapvetően eltér a tengervízétől, például hiányzik belőle a fotoszintézis által termelt oxigén. Az itt talált mikroorganizmusok a bazaltban őshonosak."

Tenyészteni is tudták őket

A vizsgált bazalt 3,5 millió éves volt, ezért a kutatóknak azt is el kellett dönteniük, hogy élő szervezetekkel és nem ősmaradványokkal van-e dolguk. Lever DNS-t vont ki a kőzetmintákból. A DNS elemzésekor meglepve fedezett fel olyan géneket, amelyek csak metántermelő mikroorganizmusokban fordulnak elő. A további elemzések is megerősítették, hogy nem a tengervíz által bejuttatott, elpusztult planktonszervezetekről, hanem az óceáni kéregben kialakult és ott élő szervezetekről van szó. A kutatóknak még tenyészteniük is sikerült a bazaltból származó mikroorganizmusokat, és mérni tudták a metántermelésüket.

Forrás: NOAA and NSF
A kőzetlemezek találkozásánál feltörő magma hozza létre az óceáni kérget

Az óceáni kéreg kutatása még nagyon új tudományág. "Az óceáni kéreg mélyén eltemetett életet olyan energiaforrások tartják fenn, amelyek alapvetően különböznek azoktól, amelyek a tengerfeneket borító üledékrétegben vagy az a fölött elhelyezkedő vízoszlopban burjánzó életet működtetik" - mondta Lever. "Lehetséges, hogy más bolygókon hasonló kemoszintézisre támaszkodó életet találunk, ahol ezt a kémiai környezet lehetővé teszi. A további tanulmányaink remélhetőleg választ adnak erre, és arra is, hogy milyen szerepet játszik az óceáni kéregben lévő élet a bolygónk egész szénkörforgásában."

Nyüzsgő élet a Mariana-árok mélyén is

A tengerfenék legmélyebb pontja a csendes-óceáni Mariana-árokban, majdnem 11 000 méter mélyen található Challenger Deep. Az itt uralkodó nyomás meghaladja a felszínen mért nyomás ezerszeresét. Ennek ellenére még ebben a szélsőséges környezetben is hemzsegnek a mikrobák, olvasható a Nature Geoscience legújabb számában megjelent cikkben.

Ronnie Glud dán kutató és az általa vezetett nemzetközi munkacsoport egy különlegesen tervezett, 600 kilogrammos robotot engedett le az árok mélyére még 2010-ben. A robotot olyan érzékelőkkel szerelték fel, amelyek képesek voltak mérni a szerves anyagok lebontásához használt oxigénfelhasználást a tengerfenéki üledékben. Mivel az élő szervezetek légzéskor oxigént fogyasztanak, a mért adatokból ki lehet számítani a területen élő mikroorganizmusok mennyiségét.

PNAS/Yayanos et. al.
Baktériumok a Mariana-árok mélyéről

A robot 21 üledékmintát is vett két helyről. Ezeket a mintákat laboratóriumi tanulmányozás céljából felhozták a felszínre. Noha a mintákban lévő mikroorganizmusok jó része elpusztult, mire a felszínre került - hiszen ezek az óceánfenék nagy nyomásához és alacsony hőmérsékletéhez alkalmazkodtak -, az eredmények megerősítették, hogy a mélyben mért megnövekedett oxigénfogyasztás a nagy mennyiségű baktérium számlájára írható. Külön érdekesség, hogy a nagy mélységben tízszer több baktériumot találtak, mint a Mariana-árok sokkal sekélyebben fekvő peremén.

Bármennyire fontosak is ezek az eredmények, hangsúlyozni kell, hogy itt is csak az óceáni aljzat üledékét vizsgálták (amelyet korábban is tanulmányoztak már), ellentétben a cikkben említett kutatásokkal, ahol lehatoltak az óceáni üledékréteg alá, és közvetlenül az óceáni kéreglemezből vett mintákat elemezték, a világon első alkalommal.