Valódi zombikat találtak a felszín alatt

2018.12.26. 11:22

A baktériumok számára a bioszféra nem ér véget ott, ahol a többieknek. Kilométerekkel a szárazföldek és az óceánok alatt hihetetlen sokaságban tenyésznek: több százszor annyi élő szenet raktároznak, mint az összes ember.

A Deep Carbon Observatory (Földmélyi Szén Obszervatórium) egy több mint ezer tudóst tömörítő nemzetközi kutatói közösség, melynek célja a föld mélyében rejtőző, élő formában megkötött szén mennyiségének, körforgásának, formáinak és eredetének megértése. A mélység titkait kutató társaság 10 éves együttműködésének vége felé közeledve arról adott hírt az Amerikai Geofizikai Társaság éves gyűlésén, hogy a mi fogalmainkkal élőnek alig nevezhető zombi baktériumok és más hasonló egzotikus létformák elképesztő mennyiségben tenyésznek a földfelszín alatt: széntömegük legalább 245-ször, de lehet, hogy 385-ször akkora, mint a felszínen élő összes emberé együttvéve.

A Deep Carbon Observatory (DCO) működésének csaknem egy évtizede alatt számos jelentős felfedezést tett a földmélyi életközösségek mennyiségével és milyenségével kapcsolatban. Ahol az általuk tanulmányozott élőlények élnek, ott nemcsak extrém nyomás- és hőmérsékletviszonyok uralkodnak, de az elérhető tápanyagok mennyisége is elenyészően csekély. A tudósok 2,5 kilométerrel a tengerfenék alá fúrtak, a szárazföldön pedig bányákban és fúróaknákban egészen 5 kilométeres mélységig lehatoltak, hogy az onnan felhozott minták alapján rekonstruálják és modellezzék a bolygó mélyének életközösségeit. Miután összesen több száz kontinentális és tengerfenéki mintát összegyűjtöttek, megbecsülték a földmélyi bioszféra méreteit. Számításaik szerint a felszín alatti élet 2-2,3 milliárd köbkilométert népesít be, széntömege pedig 15-23 milliárd tonna (vagyis minden felszín alatti köbkilométerre számítva átlagosan legalább 7,5 tonna szén köbkilométerenként). A kutatás során az is kirajzolódott, milyen Földön kívüli körülmények kedvezhetnek az élet létrejöttének.

Ezek a metánt termelő baktériumok 2 kilométer mélyen voltak az óceáni felszín alattForrás: Hiroyuki Imachi (Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC)

Föld alatti Galapagosz

A kutatók úgy gondolnak a mélység bioszférájára, mint egyfajta föld alatti Galapagoszra: olyan helyre, ahol az élet az általunk ismerttől teljesen elszigetelten, önálló utakon fejlődik. E virtuális szigeten jelen vannak az élet mindhárom fő ágának: a baktériumoknak, az archaeáknak vagy ősbaktériumoknak, és a valódi sejtmagvas eukariótáknak a képviselői. Utóbbiak azonban a mélyben kisebbségbe szorulnak a membránnal határolt sejtmag nélküli baktériumok és archaeák mellett, amelyeknek több millió – jobbára még leírásra váró – fajtája él a föld alatt. Ez a mikrobiális „sötét anyag" hihetetlen mértékben kiterjeszti az élet fájáról alkotott eddigi képzeteinket. A DCO tudósai szerint a Föld összes baktériumának és archaeájának mintegy 70 százaléka élhet a mélyben, és genetikai sokféleségük eléri vagy meghaladja a felszínen élőkét.

Ráadásul e mélyben élő lények gyakran nagyon különböznek felszíni unokatestvéreiktől. Életritmusuk olyannyira lassú, hogy életciklusuk geológiai időskálán mérhető, és létüket gyakran semmi egyéb nem táplálja, mint szó szerint a kövekből származó energia.

Bár a földfelszín alatt is változatos élőhelyek fordulnak elő, s a különböző élőhelyeket más-más fajtársulások népesítik be, akadnak olyan nemzetségek és magasabb rendszertani egységek, amelyek az egész bolygón mindenütt megtalálhatók. A minták vizsgálata azt is kiderítette, hogy a mikrobiális életközösségek annál gazdagabbak, minél újabb tengerfenéki üledékben nézzük őket, ami arra utal, hogy az idősebb üledékekben az energiaforrások kimerülőben lehetnek, s ettől meggyérülhettek a közösségek.

Hol lehet az élet abszolút határa?

Hogy hol lehet az élet abszolút határa hőmérsékletre, nyomásra és energiaellátottságra nézve, az még mindig nem tisztázott. Ahány rekordot eddig feljegyeztek, az idővel mind megdőlt. A természetes világ hőtűrési rekordere pillanatnyilag a Geogemma barossii nevű, tengerfenéki forró (ún. hidrotermális) kürtőkben tenyésző gömb alakú egysejtű, amely 21 fokkal a víz földfelszíni forrási hőmérséklete fölött, vagyis 121 Celsius-fokon nő és szaporodik. (Persze ahol ő él, a nagy nyomás miatt ezen a hőmérsékleten még nem forr a víz, de a meleg, az ott is ugyanolyan meleg.) A mikrobák világának abszolút hőtűrési rekordját 122 fokkal nem a természetben, hanem egy laboratóriumi tenyészetben állították be, de sejthető, hogy odakinn is léteznek ilyen viszonyok között éldegélő egysejtűek. Csak összevetésképpen: a valaha mért legforróbb földfelszíni hőmérséklet, amelyet egy lakatlan iráni sivatagban rögzítettek, „mindössze" 71°C volt. Már ez a felszíni csúcshőmérséklet is egy jól átsütött steak belsejének felel meg, és hol van ez még a hőforrásoktól.

Egyelőre a vertikális dimenzióban is ismeretlenek a határok.

Fonálférgek terpeszkednek a mikroorganizmusokon. Ezeket a lényeket 1,4 kilométeres mélységből hozták felszínreForrás: Gaetan Borgonie, Extreme Life Isyensya, Belgium

Annyi biztos, hogy szárazföldön 5 km-es mélységig, a tengeren 10,5 km-rel a vízfelszín alattig találtak életet. Az óceánok mélyén és fenekük alatt ráadásul óriási nyomás uralkodik: 4000 méterrel a vízfelszín alatt például a légköri nyomás 400-szorosát kell elviselniük az élőlényeknek.

Mikrobiális sötét anyag

A DCO felfedezéseit a technológiai áttörések, főként az egyre pontosabb és olcsóbb DNS-szekvenálás, illetve az óceánfenéki fúrás újszerű eljárásai tették lehetővé. Az utóbbi téren a japán Chikyu kutatóhajó jeleskedett leginkább, amelyet kimondottan a Föld szeizmikusan legaktívabb zónáiban történő óceánfenéki fúrásra terveztek, de hasonló erőfeszítések történtek a kontinentális fúrások mélységének növelésére. A feladatot minden esetben nehezíti, hogy a mintát olyan eszközzel kell felszínre hozni, amely megőrzi a mélyben uralkodó gigantikus nyomást, hiszen e nélkül a felszínre érve már csak a lenti bioszféra lakóinak maradványait találnánk. A tudósok hangsúlyozzák, hogy a mélyből felhozott baktériumok egyike sem jelent veszélyt az emberiségre nézve, hiszen emberi kórokozók csak ott élnek meg, ahol maguk az emberek is.

A molekuláris vizsgálatok nyomán azt valószínűsítjük, hogy a mikrobiális sötét anyag jóval sokfélébb, mint amennyit most tudunk róla, és a legmélyebb rendszertani elágazások talán a Carl Woese által 1977-ben bevezetett három domén-elméletet is megkérdőjelezik – nyilatkozta Mitch Sogin, a Woods Hole-i (USA) Tengerbiológiai Laboratórium munkatársa és a 34 ország több mint 300 tudósát tömörítő DCO Deep Life kutatói közösség társelnöke. – Elképzelhető, hogy a mélységi élet tanulmányozása révén olyan kapcsolódási pontok felé közeledünk, amelyek megvilágítják a földi élet fájának legkorábbi elágazásait."

„Tíz évvel ezelőtt jóval kevesebbet tudtunk a felszín alatti bioszférát uraló baktériumok és egyéb mikrobák élettanáról – kapcsolódik Sogin mondandójához Karen Lloyd a Tennessee-i Egyetemről (Knoxville, USA). – Ma már tudjuk, hogy legtöbbjük energiájának nagy részét a puszta létének fenntartására összpontosítja, és emellett vajmi kevés marad növekedésre. Lenyűgöző, hogy így is lehetséges élni."

Hidrogénfogyasztó baktériumokForrás: Greg Wanger, California Institute of Technology, USA, and Gordon Southam University of Queensland, Australia

„Ma már azt is tudjuk, hogy a felszín alatti élet meglehetősen közönséges. Tíz évvel ezelőttig alig néhány helyről vettünk mintát – főleg olyanokról, ahol eleve számítottunk rá, hogy életet fogunk találni – folytatja Lloyd. – Mostanra az ultramély mintavételnek köszönhetően tudjuk, hogy lényegében mindenütt találunk mikrobákat a felszín alatt, még ha tisztában vagyunk is azzal, hogy a mélységi bioszférának még mindig csak infinitezimálisan kicsiny részét értük el a fúrószondáinkkal."

Nem sikerült minden rejtélyt megoldani

A tudás gyarapodása ellenére szép számmal maradnak nyitott kérdések és rejtélyek a mélységi életet illetően. A talányok egy része a földmély élőlényeinek mozgását érinti. Hogyan terjed az élet a föld alatt? A kőzetek repedéseiben? Felfelé, lefelé? Hogy lehet, hogy a mélységi élet annyira hasonló Dél-Afrikában és Washingtonban? Egy helyről eredtek, és a lemeztektonika hordta őket szét? Vagy maguk az életközösségek mozognak? Milyen szerepet játszanak a nagyléptékű geológiai események – mint a tektonikus mozgások, a földrengések, a nagy kiterjedésű magmáskőzet-lerakódások, vagy a meteorzáporok – a mélységi élet terjedésében?

Hasonlóan sok kérdőjel övezi a földmélyi élet eredetét. Lehetséges, hogy az élet először a mélységben – akár a kéreg belsejében, a hidrotermális kürtők mentén, vagy a kontinentális és az óceáni lemezek találkozásánál, az alábukási zónákban – keletkezett, és onnan vándorolt a felszín felé? Vagy, a népszerűbb képzetnek megfelelően, meleg felszíni pocsolyákban jött létre, és úgy vette útját a mélység felé? Hogyan szaporodnak a mélységi zombi baktériumok, és egyáltalán, hogyan maradnak életben osztódás nélkül évmilliókig vagy évtízmilliókig?

Végül az is komoly fejtörést okoz a tudósoknak, hogy vajon milyen energiaforrások táplálják leginkább a mélységi életet. A metán, a hidrogén, vagy a természetes radioaktív elemek bomlása során keletkező hő a legfontosabb energiaforrás a számukra? S hogyan befolyásolja a mikrobák eloszlását és sokféleségét a tápanyaghiány, valamint az extrém hőmérséklet és nyomás? Újabb tíz év alatt talán e kérdések többségére is választ kapunk, ha a Deep Carbon Observatory az eddigihez hasonló eredményességgel folytatja működését.