Żywa skorupa Ziemi

Przez dziesięć lat, w czasie trwania projektu Deep Carbon Observatory, naukowcy prowadzili odwierty w różnych częściach globu w głąb lądów i pod dnem oceanów, aby sprawdzić, jak głęboko może sięgać życie. Znaleźli potężny ekosystem, którego żywa część zawiera od 15 do 23 mld ton węgla. To - jak obliczają – od 245 do 385 razy więcej, niż zawierają wszystkie istoty ludzkie.

Ekosystem sięga co najmniej do 5 km w głąb Ziemi. Do tego miejsca dotarły odwierty. Biosfera ta zajmuje objętość ponad 2 mld kilometrów sześciennych, czyli prawie dwa razy tyle, co wszystkie oceany.

"Eksploracja głębin pod powierzchnią Ziemi przypomina badania lasów Amazonii. Wszędzie tutaj jest życie i wszędzie można znaleźć bogactwo zadziwiających, niespotykanych, niezwykłych organizmów" - opowiada prof. Mitch Sogin, jeden z naukowców kierujących Deep Carbon Obserwatory. Nowoczesne techniki sekwencjonowania DNA do pewnego stopnia umożliwiły zrozumienie znaleziska. To, co badacze znaleźli, nazwali "Wyspami Galapagos głębi" (wyspy badane przez Karola Darwina) - tak wyjątkowe okazały się zamieszkujące ziemskie głębiny organizmy.

Podziemna biosfera, jak pokazał projekt, zawiera bakterie, archeony (drobne pozbawione jądra komórkowego, jednokomórkowe organizmy) i mikroorganizmy eukariotyczne czyli podobnie jak zwierzęta i rośliny obdarzone jądrem komórkowym i różnorodnymi organellami. Naukowcy szacują, że pod ziemią można znaleźć miliony różnych organizmów z tych grup.

Według badaczy aż 70 proc. ziemskich bakterii i archeonów żyje właśnie pod powierzchnią. Organizmy spotykane w tym ekosystemie często kolosalnie różnią się od znanych z powierzchni. "Dziesięć lat temu wiedzieliśmy dużo mniej o fizjologii bakterii i innych mikrobów, które dominują w podziemnej biosferze. Dzisiaj wiemy, że w wielu miejscach inwestują one większość swojej energii po prostu w podtrzymanie swojej egzystencji i niewiele wydatkują jej na wzrost, co jest fascynującym sposobem życia" - tak jedno z odkryć relacjonuje prof. Karen Lloyd z University of Tennessee w Knoxville.

O takich mikrobach badacze mówią wręcz "zombie". Podziemne życie jest przy tym zróżnicowane genetycznie – równie, a może nawet bardziej niż to, które znamy z powierzchni. "Badania molekularne pokazują, że prawdopodobnie mikrobiologiczna ciemna materia jest dużo bardziej zróżnicowana, niż sądziliśmy, i najgłębsze odgałęzienia (w klasyfikacji organizmów żywych – przyp. red.) stanowią wyzwanie dla podziału na trzy domeny – koncepcji wprowadzonej przez Carla Woese w 1977 r. Być może zbliżamy się do punktu, w którym najwcześniejsze wzory rozgałęzień będą mogły być poznane przez badania życia z głębi Ziemi" - mówi prof. Sogin.

Nowe zdobycze nauki rodzą zwykle kolejne pytania. Tak jest również w tym wypadku. "Nasze odkrycia dotyczące biosfery głębi Ziemi dostarczyły dużo nowej wiedzy, ale dzięki nim zaczęliśmy też bardziej doceniać to, ile jeszcze pozostaje do zbadania. Na przykład naukowcy nie wiedzą jeszcze, w jaki sposób ukryte głęboko pod powierzchnią życie wpływa na to, co dzieje się na powierzchni i vice versa. Do tego, na tym etapie możemy tylko podziwiać metabolizm, który pozwala przetrwać w ekstremalnie ubogim i nieprzyjaznym środowisku głęboko w Ziemi" - podkreśla prof. Rick Colwell z Oregon State University.

Zagadek jest cała masa. Naukowcy zastanawiają się na przykład, jak podziemne życie się rozprzestrzenia – czy przedostaje się przez szczeliny w skałach? Czy przemieszcza się w górę, czy w dół? Jak to możliwe, że na ogromnych głębokościach spotkać można uderzająco podobne do siebie organizmy np. w Południowej Afryce i w Seattle. Czy organizmy te mają wspólne pochodzenie i rozdzielił je ruch płyt tektonicznych, czy też może same mikroby się przemieszczają. Jak duże znaczenie dla tej biosfery mają ważne wydarzenia geologiczne, takie jak wspomniany ruch płyt, trzęsienia ziemi, uderzenia meteorytów czy powstawanie tzw. prowincji magmatycznych (spontanicznych wypływów olbrzymich ilości magmy).

Kolejne zagadnienie dotyczy pochodzenia ukrytego w głębinach życia – czy powstało głęboko w Ziemi, w skorupie, blisko kominów hydrotermalnych, strefach subdukcji (miejscu, gdzie jedna płyta tektoniczna wsuwa się pod inną) i potem przemieściło się w górę do słońca? Czy też powstało w jakiejś małej, ciepłej sadzawce na powierzchni i powędrowało w dół? Jak te podziemne mikroorganizmy, którym ledwo wystarcza energii na podtrzymanie swojego istnienia, rozmnażają się lub jak ich zbiorowiska mogą przetrwać miliony lat bez podziałów komórek.

Inne ważne pytanie, jakie zadają badacze, dotyczy właśnie źródeł energii. Czy najważniejszym źródłem jest metan, wodór, a może naturalne promieniowanie pochodzące z uranu czy innego pierwiastka? W jaki sposób brak składników odżywczych, ekstremalne temperatury i ciśnienie wpływają na występowanie i różnorodność podziemnych mikroorganizmów. Odpowiedzi mogą mieć kolosalne znaczenie dla nas, istot mieszkających na powierzchni. Zdaniem badaczy podziemne życie ma bowiem ogromny wpływ na biogeochemiczne cykle na Ziemi, czy jak pokazują nowe badania, utrudniają umieszczanie pod ziemią przechwytywanego z przemysłu dwutlenku węgla. Znaczenie odkryć Deep Carbon Observatory wykracza nawet poza naszą planetę. Zdaniem ich autorów, to co znaleźli przemawia bowiem za tym, że życie może istnieć także głęboko pod powierzchnią innych planet.

Marek Matacz