Ερευνητές βρίσκουν αποδείξεις για φωτοσύνθεση σε μεγάλο βάθος στους ωκεανούς

Πηγή: EurekAlert, 30 Νοεμβρίου 2005

Μια ομάδα ερευνητών, στην οποία περιλαμβάνεται και ένας ειδικός βιοχημικός στη φωτοσύνθεση από το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Αριζόνας, ανακάλυψε στοιχεία σύμφωνα με τα οποία πραγματοποιείται φωτοσύνθεση σε μεγάλο βάθος (2.400 μέτρων) στον Ειρηνικό Ωκεανό, αλλά με το λιγοστό φως που προέρχεται από τις υδροθερμικές αναβλύσεις. .

Δεξιά: φωτοσυνθετικά βακτήρια βρέθηκαν κοντά σε υδροθερμικές αναβλύσεις

Η ομάδα ανακάλυψε ένα πράσινο θειοβακτήριο που αποτελεί τον πρώτο φωτοσυνθετικό οργανισμό ο οποίος δεν ζει από το φως του ήλιου, αλλά από το αμυδρό φως που προέρχεται από τις υδροθερμικές αναβλύσείς που βρίσκονταί σε βάθος σχεδόν 2.400 μέτρων κάτω από την επιφάνεια του ωκεανού.

Η νέα ανακάλυψη του πρασίνου θειοβακτηρίου, το οποίο ζει κοντά στις θερμοπηγές έξω από την ακτή του Μεξικού, έχει μεγάλη σημασία για την προσαρμοστικότητα της ζωής στη Γη και πιθανώς και στους άλλους πλανήτες, όπως εξηγεί ο Robert Blankenship, μέλος της ερευνητικής ομάδας, πρόεδρος και καθηγητής του τμήματος χημείας και βιοχημείας του Πολιτειακού Πανεπιστημίου της Αριζόνας.

Ο ίδιος σχολιάζει πως η ζωή βρίσκεί πάντα έναν τρόπο να επικρατήσει, αναφερόμενος στα 'γενναία' βακτήρια που ανακαλύφθηκαν σε μία περιοχή θερμοπηγών γνωστή ως 9 North, έξω από την ακτή του Μεξικού, και την περιβάλλουσα περιοχή. Τα εν λόγω βακτήρια ζουν στην πολύ λεπτή διαχωριστική επιφάνεια μεταξύ των εξαιρετικά θερμών υδάτων που προέρχονται από κάποια ανάβλυση και φθάνουν τους 350 βαθμούς Κελσίου, και των πολύ ψυχρών υδάτων που την περιβάλλουν, τα οποία έχουν θερμοκρασία 2 βαθμών Κελσίου.

Η ομάδα των ερευνητών, με επικεφαλής τον Thomas Beatty του Πανεπιστημίου της Βρετανικής Κολούμπια στο Βανκούβερ του Καναδά, που δημοσίευσε πρόσφατα την ανακάλυψη της (στα πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών), συνέλεξε δείγματα ύδατος γύρω από τις υδροθερμικές αναβλύσει του 9 North και τις περιοχές που τις περιβάλλουν. Από τα δείγματα που προέρχονταν από τα σημεία κοντά στις αναβλύσεις, οι επιστήμονες καλλιέργησαν ένα μικρόβιο που αναπτυσσόταν ανάλογα με τη φωτεινή ακτινοβολία κοντά στις θερμικές αναβλύσεις.

Χρησιμοποιώντας ανάλυση DNA, η ομάδα κατέταξε το μικρόβιο στην οικογένεια των πρασιών θείοδακτηρίων, τα οποία αξιοποιούν το φως και το θείο ως πηγή ενεργείας. Ο εν λόγω οργανισμός βασίζεταί αποκλειστικά στη φωτοσύνθεση για να επιβιώσει, γεγονός εντυπωσιακό, με την έννοια ότι δεν θα περίμενε κανείς να συναντήσει φωτοσυνθεπκό οργανισμό σε μία περιοχή του πλανήτη στην οποία επικρατεί απόλυτο σκοτάδι, όπως σχολιάζει ο Blankenship.

Το ηλιακό φως μπορεί να διεισδύσει σε βάθος 100-200 μέτρων στους ωκεανούς, εξασθενώντας σταδιακά όσο περισσότερο απομακρύνεται κανείς από την επιφάνεια. Επειδή οι οργανισμοί αυτοί ζουν σε βάθος 2.400 μέτρων στον ωκεανό, οι ερευνητές πιστεύουν πως τα μικρόβια λάμβαναν φως από την υδροθερμίκή ανάβλυση που βρίσκεταί σε μικρή απόσταση από το σημείο που ανακαλύφθηκαν.

Ο Blankenship χαρακτήρισε τα εν λόγω μικρόβια ως πρωτοπόρα της φωτοσύνθεσης χαμηλού φωτισμού, καθώς διαθέτουν το πλέον εξεζητημένο και περίπλοκο σύστημα. Ακολούθως εξήγησε ότι το σύστημα της κεραίας αυτών των βακτηριδίων χρησιμοποιεί ένα σύνθετο χρωμόσωμα, που βασικά ενεργεί σαν ένα μικροσκοπικό δορυφορικό πιάτο, για να συλλέξει όσο φως μπορεί. Ενώ εν συνεχεία το μεταφέρει στο κέντρο όπου πραγματοποιείται η φωτοσύνθεση.

Και συμπληρώνει ο Blankenship ότι αυτή η ανακάλυψη είναι σημαντική σε δύο διαφορετικά επίπεδα. Το ένα είναι για την ύπαρξη της ζωής στα πιο δύσκολα σημεία στη Γη, και το άλλο επίπεδο δείχνει που μπορούμε να ψάξουμε για κάποιες μορφές ζωής σε άλλους πλανήτες.

"Το φαινόμενο αυτό δείχνει ότι η φωτοσύνθεση είναι κάτι που δεν περιορίζεται μόνο στην ίδια την επιφάνεια του πλανήτη μας. Είναι δυνατόν αν εξετάσουμε κι άλλες τέτοιες θέσεις να βρούμε φωτοσύνθεση στη Γη καθώς επίσης και σε άλλους πλανήτες".

Παραδείγματος χάριν, η Ευρώπη, ένας δορυφόρος του Δία, στο μέγεθος της Γης, θεωρείται από καιρό τώρα ότι έχει μερικές από τις απαραίτητες ιδιότητες για να στηρίξει ζωή. Εντούτοις, είναι το μέρος αυτό πάρα πολύ απόμακρο από τον ήλιο για τις παραδοσιακές μορφές της φωτοσύνθεσης.

Πιστεύουμε ότι κάτω από την καλυμμένη με πάγο επιφάνεια της Ευρώπης, υπάρχουν υγροί ωκεανοί και στο κατώτατο σημείο αυτών των ωκεανών μπορεί να υπάρχουν πολύ καυτές θερμικές αναβλύσεις, με κάποια πιθανότητα να υπάρχουν και φωτοσυνθετικοί οργανισμοί σαν της Γης.

"Τελικά αυτό που μας δείχνει η ανακάλυψη μας είναι ότι υπάρχουν οργανισμοί που μπορούν να επιζήσουν και να ζήσουν σε περιοχές που καθόλου δεν είχαμε φανταστεί, και ότι η ζωή είναι πολύ ισχυρότερη από αυτή που ξέρουμε", τονίζει ο Blankenship. "Αυτό είναι ένα μόνο παράδειγμα της ζωής σε ακραία περιβάλλοντα."

Πέρυσι άλλοι ερευνητές είχαν ανακαλύψει, άγνωστους μέχρι σήμερα μικροοργανισμούς που δεν χρειάζονται οξυγόνο ή ηλιακό φως, σε γεωθερμική πηγή σε βάθος 200 μέτρων στην πολιτεία Αϊντάχο στις ΗΠΑ. Και σύμφωνα με αυτούς η ανακάλυψη συνηγορεί στη θεωρία ότι παρόμοια μικρόβια μπορεί να ζουν και στο υπέδαφος του Άρη. Η ανακάλυψη αυτή είχε δημοσιευτεί στο περιοδικό Nature.

Οι οργανισμοί αυτοί κατατάσσονται στο βασίλειο των αρχαιοβακτηρίων, πρωτόγονων οργανισμών που συχνά επιβιώνουν σε ακραίες συνθήκες. Τα συγκεκριμένα μικρόβια είναι μάλιστα χημειοαυτότροφα, αντλούν δηλαδή ενέργεια από ανόργανες ενώσεις και δεν χρειάζονται οργανική τροφή και οξυγόνο - όπως τα ζώα - αλλά ούτε και ηλιακό φως -όπως τα φυτά.
 
Για την επιβίωσή τους, τα ασυνήθιστα μικρόβια χρειάζονται μόνο υδρογόνο και διοξείδιο του άνθρακα, ενώ παραπροϊόν του μεταβολισμού τους είναι το μεθάνιο. Αυτό το είδος μεταβολισμού πιθανόν να ήταν ο πρώτος μεταβολισμός που εξελίχθηκε στη Γη ενώ επειδή υδρογόνο και διοξείδιο του άνθρακα υπάρχουν στον Άρη και σε άλλα μέρη στο ηλιακό μας σύστημα, ίσως αυτού του είδους η ζωή να υπάρχει και εκεί.
 
Πράγματι, οι συνθήκες στις θερμές πηγές είναι πιθανό να προσεγγίζουν υπόγεια περιβάλλοντα στον κόκκινο πλανήτη. Απομονωμένο από την επιφάνεια ίσως για χιλιάδες χρόνια, το νερό των πηγών δεν περιέχει οργανικές ενώσεις και περιβάλλεται από βράχους από τους οποίους μπορεί να απελευθερωθεί υδρογόνο. 

Όμως και σε μεγάλα βάθη στον Ειρηνικό ωκεανό, 4.750 μέτρα κάτω από την επιφάνεια, ερευνητές του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών (NSF) διαπίστωσαν την παρουσία αρχαιοβακτηρίων σε μεγάλο αριθμό, καθώς οι οργανισμοί αυτοί είχαν εντοπιστεί μόνο κοντά σε γεωθερμικές πηγές στο βυθό και όχι στην ανοιχτή θάλασσα. Θεωρούν μάλιστα ότι οι μικροοργανισμοί αυτοί ενδέχεται να αποτελούν έως και το 50% της βιομάζας των ωκεανών.

Τα αρχαιοβακτήρια παρέμεναν άγνωστα στους επιστήμονες έως τη δεκαετία του 70. Ανακαλύφθηκαν σε αφιλόξενα περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας, οξύτητας ή αλατότητας.  Οι τεράστιες διαφορές τους σε σχέση με τους ευκαρυωτικούς οργανισμούς (όσοι φέρουν πυρήνα) αλλά και με τα βακτήρια ανάγκασαν τους συστηματικούς βιολόγους να τα κατατάξουν σε ξεχωριστό βασίλειο (Archaea). Η ανακάλυψη της κυριαρχίας των οργανισμών αυτών σε τεράστιες θαλάσσιες εκτάσεις καταδεικνύει έτσι την άγνοιά μας για τον πλανήτη στον οποίο ζούμε.