Μικρόβια που ζουν σε πολύ ψυχρά και ακραία περιβάλλοντα

Πηγή: Πανεπιστήμιο της Βαλτιμόρης, 18 Οκτωβρίου 2006

Μια κατηγορία ειδικά σκληραγωγημένων μικροβίων που ζουν σε μερικά από τα πιο ψυχρά γήινα περιβάλλοντα θα μπορούσε να ζήσει ακόμα και στον ψυχρό Άρη ή και σε άλλους ψυχρούς πλανήτες, σύμφωνα με μια ερευνητική ομάδα αστρονόμων και  μικροβιολόγων.

Σε μια διετή εργαστηριακή μελέτη, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι μερικοί μικροοργανισμοί προσαρμοσμένοι στο ψύχος όχι μόνο επέζησαν αλλά αναπαράγονταν  σε -1 βαθμούς Κελσίου, λίγο πιο κάτω από το σημείο ψύξης του νερού. Τα μικρόβια ανέπτυξαν επίσης έναν αμυντικό μηχανισμό που τα προστάτευσε από τις ψυχρές θερμοκρασίες. Οι ερευνητές είναι μέλη μιας μοναδικής συνεργασίας αστρονόμων από το Ίδρυμα Επιστήμης Διαστημικών Τηλεσκοπίων και μικροβιολόγους από το Ίδρυμα Βιοτεχνολογίας στη Βαλτιμόρη. Τα αποτελέσματά τους εμφανίζονται στο διεθνές περιοδικό Αστροβιολογία.

"Το όριο της χαμηλής θερμοκρασίας για τη ζωή είναι ιδιαίτερα σημαντικό επειδή, και στο ηλιακό σύστημα και στο Γαλαξία τα ψυχρά περιβάλλοντα είναι πιο συνηθισμένα από τα θερμά περιβάλλοντα", λέει ο Neill Reid, ένας αστρονόμος στο πιο πάνω Ίδρυμα και επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας. "Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι οι πολύ χαμηλές θερμοκρασίες στις οποίες αυτοί οι οργανισμοί μπορούν να αναπτυχθούν βρίσκονται μέσα στο εύρος της θερμοκρασίας, που είναι σήμερα στον Άρη. Έτσι θα μπορούσαν τα περιβάλλοντα αυτά να επιτρέψουν την επιβίωση και την ανάπτυξη τους, ιδιαίτερα κάτω από την επιφάνεια του Άρη. Το γεγονός αυτό θα μπορούσε να επεκτείνει τη σφαίρα της κατοικήσιμης ζώνης, την περιοχή στην οποία θα μπορούσε να υπάρξει η ζωή, σε πιο ψυχρά μέρη, όπως ο Άρης. "

Τα περισσότερα αστέρια στο Γαλαξία μας είναι πιο ψυχρά από τον ήλιό μας. Η ζώνη γύρω από αυτά τα αστέρια που είναι κατάλληλη για θερμοκρασίες σαν τη Γη, θα ήταν μικρότερη και στενότερη από την κατοικήσιμη ζώνη γύρω από τον ήλιό μας. Επομένως, η πλειοψηφία των πλανητών θα ήταν πιθανώς πιο ψυχροί από τη Γη.

Στη μελέτη τους, οι επιστήμονες εξέτασαν τα πιο ψυχρά όρια θερμοκρασίας για δύο τύπους μονοκύτταρων οργανισμών: Τα αλόφιλα και τα μεθανογενή. Αυτά είναι μέσα στην ομάδα των μικροβίων, που λέγονται ακρόφιλα,(ονομάζεται έτσι επειδή ζουν σε ακραία περιβάλλοντα: καυτές πηγές, όξινα πεδία, αλμυρές λίμνες, και σε πολικά καλύμματα πάγου υπό όρους που θα σκότωναν τους ανθρώπους, τα ζώα, και τα φυτά. Τα αλόφιλα ακμάζουν στο αλμυρό νερό, όπως η Great Salt Lake, και έχει συστήματα επισκευής του DNA για να τα προστατεύσει από τις εξαιρετικά υψηλές δόσεις της ακτινοβολίας. Τα μεθανογενή είναι ικανά να αναπτύσσονται χάρις σε απλές ενώσεις, όπως να χρησιμοποιούν το υδρογόνο και το διοξείδιο του άνθρακα για ενέργεια και μπορούν να μετατρέψουν τα απόβλητά τους σε μεθάνιο.

Τα αλόφιλα και μεθανογενή που χρησιμοποιήθηκαν στα πειράματα είναι από τις ανταρκτικές λίμνες. Στο εργαστήριο, τα αλόφιλα επέδειξαν σημαντική αύξηση στους μείον 1 βαθμούς Κελσίου. Τα μεθανογενή ήταν ενεργά σε μείον 2 βαθμούς Κελσίου.

"Έχουμε επεκτείνει τα όρια της χαμηλότερης θερμοκρασίας που ζουν αυτά τα είδη αρκετούς βαθμούς", λέει ο Shiladitya DasSarma, καθηγητής και επικεφαλής της ομάδας στο κέντρο της θαλάσσιας βιοτεχνολογίας, στο πανεπιστήμιο της ππολιτείας Μέρυλαντ.

Οι επιστήμονες έμειναν επίσης έκπληκτοι όταν διαπίστωσαν ότι τα αλόφιλα και μεθανογενή προστατεύθηκαν από τις ψυχρές θερμοκρασίες. Κάποια αρκτικά βακτηρίδια παρουσιάζουν παρόμοια συμπεριφορά.

"Αυτοί οι οργανισμοί είναι ιδιαίτερα προσαρμόσιμοι, και στις χαμηλές θερμοκρασίες σχημάτισαν συνεργάσιμα σύνολα", εξήγησε ο DasSarma. "Αυτό ήταν ένα εντυπωσιακό αποτέλεσμα, που δείχνει ότι τα κύτταρα μπορούν να 'κολλήσουν' μαζί, όταν οι θερμοκρασίες γίνουν πάρα πολύ ψυχρές, αναπτύσσοντας τρόπους για την επιβίωση ως πληθυσμός. Είναι η πρώτη ανίχνευση αυτού του φαινομένου στα ανταρκτικά είδη ακρόφιλα στις ψυχρές θερμοκρασίες."

Οι επιστήμονες επέλεξαν αυτά τα ακρόφιλα για να τα μελετήσουν εργαστηριακά επειδή, είναι ενδεχομένως δυνατόν να ζήσουν στον κρύο και ξηρό Άρη. Τα αλόφιλα θα μπορούσαν να αναπτυχτούν στο αλμυρό νερό κάτω από την επιφάνεια του Άρη, που μπορεί να παραμείνει υγρή στις θερμοκρασίες αρκετά κάτω από 0 βαθμούς Κελσίου. Τα μεθανογενή μικρόβια θα μπορούσαν να επιζήσουν σε έναν πλανήτη χωρίς οξυγόνο, όπως ο Άρης. Στην πραγματικότητα, μερικοί επιστήμονες έχουν προτείνει ότι τα μεθανογενή έχουν παράγει το μεθάνιο που ανιχνεύεται σήμερα στην ατμόσφαιρα του Άρη.

"Αυτή η ανακάλυψη αποδεικνύει ότι οι αυστηρές επιστημονικές μελέτες για τα γνωστά ακρόφιλα στη Γη μπορούν να δώσουν ενδείξεις στο πώς μπορεί η ζωή να επιζήσει σε άλλους κόσμους", λέει ο DasSarma.

Το επόμενο σχέδιο των ερευνητών είναι να χαρτογραφήσει το πλήρες γενετικό σχεδιάγραμμα για κάθε ένα ακρόφιλο. Απογράφοντας όλα τα γονίδια, οι επιστήμονες θα είναι σε θέση να καθορίσουν τις λειτουργίες κάθε γονιδίου, και να επισημάνουν εκείνα τα γονίδια που προστατεύουν έναν οργανισμό από το ψύχος.

Πολλά ακρόφιλα είναι εξελικτικά λείψανα των Αρχαίων, που μπορεί να ήταν μεταξύ των πρώτοι οργανισμών στη Γη πριν 3,5 δισεκατομμύρια έτη. Αυτά δε τα ακρόφιλα είναι τόσο ανθεκτικά που μπορούν να είναι σε θέση να επιζήσουν σε πολλούς κόσμους, συμπεριλαμβανομένων και κάποιων από τους - κατά προσέγγιση -  200 πλανητών γύρω από αστέρια έξω από το ηλιακό σύστημά μας. Αυτοί οι πλανήτες βρίσκονται σε ένα ευρύ φάσμα περιβαλλόντων, σε αυτά όπου η θερμοκρασία υπερβαίνει τους 1000 βαθμούς Κελσίου (γι αυτό και λέγονται καυτοί Δίοι πλανήτες, είναι σε τροχιά κοντά στα αστέρια τους), και στους γίγαντες αερίου (όπως ο Δίας, όπου οι θερμοκρασίες είναι περίπου μείον 150 βαθμούς Κελσίου).

Η ανακάλυψη των πλανητών με τις τεράστιες διαφορές θερμοκρασίας έχει κάνει τους επιστήμονες να αναρωτιούνται ποια περιβάλλοντα μπορούν να είναι φιλόξενα για τη ζωή. Ένας βασικός παράγοντας για την επιβίωση ενός οργανισμού καθορίζεται από τα όρια ανώτερης και χαμηλότερης θερμοκρασίας στα οποία μπορεί να ζήσει.

Αν και οι Αρειανές καιρικές συνθήκες είναι ακραίες, ο πλανήτης έχει μερικές ομοιότητες με τις πιο ακραίες ψυχρές περιοχές της Γης, όπως η Ανταρκτική. Για πολύ καιρό οι περιοχές της Ανταρκτικής θεωρούνταν άγονες για την ύπαρξη της ζωής, αλλά οι πρόσφατες έρευνες για τα ανταρκτικά περιβάλλοντα έχουν αποκαλύψει μια ιδιαίτερη μικροβιακή δραστηριότητα.

"Τα Αρχαία και τα βακτηρίδια που έχουν προσαρμοστεί σε αυτές τις ακραίες συνθήκες, είναι μερικοί από τους καλύτερους υποψηφίους οργανισμούς για τα επίγεια ανάλογα μια πιθανής εξωγήινης ζωής. Η κατανόηση της προσαρμοστικής στρατηγικής τους και των περιορισμών τους, θα μας δώσει μια βαθύτερη γνώση πάνω στους περιορισμούς που υπάρχουν για τα φιλόξενα περιβάλλοντα", εξηγεί ο DasSarma.

Βακτήρια αποσυνθέτουν το μεθάνιο

Ορισμένα μικρόβια στα υποθαλάσσια ηφαίστεια στα βάθη των θαλασσών μπορούν να αποσυνθέτουν το μεθάνιο (CH4), ένα από τα αέρια που θεωρούνται υπεύθυνα για την υπερθέρμανση του πλανήτη και συνεπώς, μπορούν να συμβάλλουν στη ρύθμιση του κλίματος, ανακάλυψαν Γερμανοί επιστήμονες.

Τα υποθαλάσσια ηφαίστεια θεωρούνται ιδιαίτερα ύποπτα για τη συμβολή τους στο φαινόμενο του θερμοκηπίου εξαιτίας των μεγάλων ποσοτήτων μεθανίου που εκλύουν αθόρυβα στην ατμόσφαιρα. Ωστόσο ορισμένοι μονοκύτταροι οργανισμοί συμβάλλουν στον περιορισμό των εκπομπών αυτών του μεθανίου, διαπίστωσε η επιστημονική ομάδα του γερμανικού Iνστιτούτου Mαξ Πλανκ.

Oι επιστήμονες μελέτησαν ένα ενεργό ηφαίστειο υποθαλάσσιας λάσπης στο αρχιπέλαγος Σπίτσμπεργκ, στo βορειότερο άκρο της Nορβηγίας και ανακάλυψαν τρεις τύπους μικροβίων, ικανών να αποσυνθέτουν το μεθάνιο.