Skriveni život „spava“ i čeka duboko ispod površine Zemlje milionima godina

Duboko unutar Zemlje nalazi se skriveni svet „unutarzemaljaca“ koji miruju stotinama hiljada godina. Šta čekaju da bi se „probudili“?

Ispod Zemljine površine nalazi se carstvo neotkrivenog mikroskopskog života. Ovi „unutarzemaljci“ opstaju u nekim od najsurovijih uslova na planeti – i naučnici tragaju za ovim mikrobima.

Preporučujemo

Autorka knjige „Unutarzemaljci: Otkrivanje najčudnijeg života na Zemlji“, Karen Lojd, biogeohemičarka sa Univerziteta Južne Kalifornije proučava ideju evolucije života koji može da preživi stotine hiljada godina – ako ne i milione – u neaktivnom stanju, kao i šta bi mogao da čeka da se „probudi“.

Kako se evoluira da bi se prestalo rasti hiljadama godina? Nedavni rad sugeriše da mikrobi zakopani duboko u sedimentima na okeanskom dnu možda upravo to rade. Takvi organizmi se mogu nazvati unutarzemaljcima, malim mikroorganizmima koji žive u Zemljinoj kori širom planete.

Da bismo odgovorili na ovo teško evoluciono pitanje, prvo moramo razmisliti o tome šta bi ovi organizmi doživeli tokom svojih života. Ovi spori organizmi ne bi brinuli zbog dužine dana. Zakopani su tako duboko da ionako ne mogu da detektuju sunce. Verovatno ne bi primetili čak ni promenu godišnjeg doba.

Međutim, mogli bi da im budu važni drugi, duži geološki ritmovi: otvaranje i zatvaranje okeanskih basena putem tektonike ploča, formiranje i spuštanje novih ostrvskih lanaca, ili novi tokovi fluida izazvani sporim formiranjem pukotina u Zemljinoj kori. Ovi događaji se smatraju evolucionim pokretačima vrste, a ne pojedinca.

Na primer, Darvinove zebe su razvile nove oblike kljunova jer su bile izolovane na ostrvu sa specifičnim oblikom semena za jelo. Ova evolucija se odigrala tokom geološke vremenske skale formiranja ostrva, ali se desila u vrsti, a ne kod pojedinačne ptice.

Znamo, pak, da su i pojedinci sposobni da se menjaju uz ritmove svoje životne sredine. Krzno individualne arktičke lisice (Vulpes lagopus) menja se iz belog u smeđe kad se sneg topi svakog proleća. Mnogi ljudi (nažalost, ne i ja) bude se u isto vreme svakog jutra bez pomoći alarma. Dnevni i godišnji ritmovi deluju kao razumne stvari da ih osoba ili životinja prati.

Ledena doba – ne baš toliko. Predviđanje promena tokom dužih perioda deluje smešno. Bilo bi glupo sugerisati da bi pojedinačna zeba razvila sposobnost plivanja jer je imala urođenu anticipaciju da će njeno ostrvo potonuti u more za 100.000 godina. Ili da se buba u pustinji Gobi može razmnožavati samo kad je jela seme iz amazonske prašume jer je rođena pre više miliona godina kada su Južna Amerika i Afrika bile jedna uz drugu, a njena DNK joj nalaže da se razmnožava kada se tektonski jaz ponovo zatvori.

Ovi scenariji nemaju smisla za životinje, ali mogu imati smisla za unutarzemaljce. Jedinka koja živi milion godina možda je evoluciono predodređena da računa na nešto sporo poput spuštanja ostrva na isti način na koji smo mi evoluciono predodređeni da čekamo da Sunce izađe sutra. Da bismo u potpunosti razumeli unutarzemaljce, možda ćemo morati da preispitamo šta se kvalifikuje kao evolucioni signal.

Živeti milionima godina

Činjenica da žive ćelije verovatno postoje u stanju bez rasta tokom veoma dugih perioda postavlja dva važna pitanja. Može li se mikrob prilagoditi da izbegne deobu ćelija hiljadama godina ili duže, umesto da se to jednostavno desi slučajno? I, ako je tako, kako evolucija funkcioniše za organizam koji se naizgled nikada ne razmnožava?

Da li su ovi mikrobi evoluciono prilagođeni da opstaju u ovom ne-mrtvom, uspavanom stanju hiljadama ili milionima godina, ili jednostavno opstaju zato što ćelijama nisu potrebne nikakve posebne adaptacije da bi tako dugo ostale žive?

Čini se da je život stotinama hiljada godina malo verovatan bez adaptacije. Previše fizioloških promena je potrebno da bi se podržao ovaj način života da bi bio sporedni efekat "normalnog" brzog života. Štaviše, ako je ovaj način života slučajan, onda se glavni život koji podržava rast mora odvijati u nekom drugom okruženju. Međutim, tipove mikroba koji se nalaze ispod morskog dna retko viđamo negde drugo. Nije kao da su to bili normalni mikrobi u morskoj vodi koji su veselo plivali unaokolo, delili se i rasli, a onda pali na morsko dno i zaboravili da umru.

Naprotiv, čini se da većina ove veoma raznolike grupe mikroba postoji samo u morskim sedimentima. Stoga su možda isto tako odabrani u morskim sedimentima poput papagaja u kišnim šumama. Zaista, sa povećanjem dubine u morskim sedimentima, mikrobi proizvode enzime sa većom specifičnošću za tip supstrata dostupnih ispod površine, što sugeriše da su specijalno prilagođeni za ovo okruženje.

Mikrobi ispod površine takođe imaju adaptacije koje omogućavaju ultraspore metabolizme i deobe ćelija. To sugeriše da su nekako evoluciono spremni da budu u dugoročnom stanju bez rasta.

Međutim, ovde imamo problem. Prema Darvinovoj teoriji prirodne selekcije, ove ćelije moraju da rastu i stvaraju novo potomstvo da bi evoluirale. Prirodna selekcija funkcioniše jer tokom reprodukcije organizmi doživljavaju mutacije. I kad organizam doživi mutaciju koja je korisna, mutacija povećava sposobnost organizma, tako da potomstvo tog organizma nadmašuje potomstvo nemutiranih organizama, što rezultira većim brojem potomaka sa mutacijom. Ove naredne generacije nastavljaju da budu uspešnije od nemutiranih grupa i na kraju se mutacija proširi kroz populaciju.

To je adaptacija putem prirodne selekcije. Međutim, kako uopšte razmišljati o darvinovskoj evoluciji u populacijama koje se ne razmnožavaju? Kako možete postati adaptirani da nemate bebe? Darvin nije imao odsustvo rasta na umu kad je opisivao opstanak najsposobnijih.

Srećom, imamo dobar model u kratkoročnom sezonskom mirovanju. Mirovanje tokom zime ima evolucionu prednost jer uspavani organizmi imaju veće populacije kad uslovi ponovo budu pogodni za rast u proleće. Ovi organizmi tako imaju prednost nad drugim organizmima i mogu preneti svoje gene mirovanja većoj populaciji potomaka u proleće i leto.

Ovo je školski primer darvinovske prirodne selekcije. Ako proširimo taj model na mirovanje koje traje hiljadama godina u morskom sedimentu, moramo razmišljati o događaju koji bi unutarzemaljci mogli čekati da ih izvuče iz mirovanja dok su zakopani stotinama metara duboko u Zemljinoj kori.

Ako naiđemo na uspavanog mikroba u tlu tokom zime, možemo pretpostaviti da čeka da ponovo počne da raste na leto. Šta je ekvivalentna situacija za duboko zakopan organizam u morskom sedimenatu koji je uspavan hiljadama ili milionima godina?

Izvedimo misaoni eksperiment kako bismo oslobodili naše mozgove od implicitnih pretpostavki o životnom veku. Zamislite da ljudski životi traju samo oko 24 sata. Rodili biste se u ponoć, bunili se protiv svojih roditelja prilikom doručka, smirili se i imali decu neposredno pre ručka, a prešli na pecanje kao penzionerski hobi oko vremena za večeru. Do ponoći, vaši voljeni, koji su sami rođeni tek nekoliko sati ranije, okupili bi se i držali vas za ruku dok biste spokojno umirali u dubokoj starosti od jednog dana.

Tako bi stotine ljudskih generacija došle i otišle tokom jedne jedine zime. U tom periodu, koji bi predstavljao značajan deo ljudske istorije, listopadno drveće bi ostalo smeđe i beživotno.

Trajno mrtvilo drveća bi se smatralo nespornom činjenicom, a naučnici bi verovatno pisali radove u cilju razumevanja da li je drveće živo, pošto se čini da ne raste ili stvara potomstvo. Naravno, ako biste se vratili dovoljno daleko, ljudi bi bili prisutni na jesen ili čak leto, ali bi to moglo biti toliko generacija unazad da stabilan oblik pisanja još nije izmišljen.

Mi, ljudi sa životnim vekom od 100 godina, znamo da drveće samo čeka da iskoristi letnje sunce. Međutim, ljudi sa životnim vekom od jednog dana bili bi zbunjeni. Kad razmišljamo o životu ispod površine Zemlje, da li smo kao ljudi sa životnim vekom od jednog dana koji razmišljaju o drvetu? Da li dugovečni unutarzemaljci čekaju signale za buđenje koje mi ne prepoznajemo jer su naši životi prekratki da bismo ih videli? Koja je uopšte svrha života stotinama hiljada godina?

Mora postojati neki razlog zašto ovi unutarzemaljci žive tako dugo. Postoje dokazi da dugoročna uspavanost ima selektivnu prednost. Kad ostavite laboratorijsku ešerihiju koli bez hrane mesecima ili čak godinama, mnoge ćelije ulaze u stanje dugoročne uspavanosti – gde su žive i obavljaju metabolizam, ali ne rastu ni blizu tako brzo kao kad ih hranite. Ako pomešate ove skoro mrtve bakterije sa novom grupom brzo rastućih i obe ih podvrgnete gladovanju, stare uveliko nadmašuju mlade.

Ova prednost u rastu u stacionarnoj fazi (GASP) može biti odgovor zašto unutarzemaljci žive tako dugo. Možda čekaju nešto što se dešava tek hiljadama godina kasnije kako bi iskoristili novu situaciju. Možda se ponašaju kao monasi, naviknuti na lišenost dok žderači umiru oko njih.

Život na geološkim vremenskim skalama

Dakle, šta ovi mikrobi-monasi čekaju da bi se probudili? Sezonski ciklusi su previše brzi. Jedine stvari dovoljno spore su geološki procesi. Na primer, sleganje ostrva, poplave, suše ili oluje često se dešavaju u ciklusima od stotinu do hiljadu godina. Podmorska klizišta, zemljotresi, cunamiji i vulkanske erupcije mogu pomerati materijale u još dužim vremenskim razmerama, izlažući unutarzemaljce novim izvorima hrane koji ih izvlače iz mirovanja nakon stotina hiljada godina.

Čudno je reći da je mikrob prilagođen da čeka nešto retko kao što je vulkanska erupcija, ali istorija Zemlje pokazuje da se na vulkanske erupcije možete osloniti, dok imate vremena da ih čekate.

Ako zaista pustimo mašti na volju, individualni mikrobi mogli bi biti prilagođeni događajima sa još dužim periodima, poput glacijalnih ciklusa, koji se menjaju otprilike svakih 30.000 godina. Ili sporo kretanje tektonskih ploča. Dok se novo morsko dno pojavljuje na srednjookeanskim grebenima, postojeće morsko dno se neprestano odguruje od sredine okeana, poput osobe koja stoji na pokretnoj stazi na aerodromu. Morsko dno se na kraju sudara sa kontinentom u najusporenijem sudaru ikada. Neki od sedimenata i unutarzemaljaca koji žive u njima biće povučeni dole subdukcijom tektonske ploče i na kraju zgnječeni na temperaturama i pritiscima koji ubijaju sav život koji poznajemo.

Čak i za ekstremofile, povlačenje nadole sve do omotača Zemljinog jezgra definitivno bi bio evolucioni ćorsokak. Međutim, neki sedimenti koji su u ranim fazama subdukcije mogu se vratiti kroz pukotine u gornjoj ploči. Tokom ovog sudara, neki od sedimenata morskog dna su gurnuti naviše u akrecione prizme i prateće rasede stvorene zemljotresima ili drugim deformacijama ploča.

Da li bi sve ovo nagomilavanje, rasedanje i izbijanje na površinu moglo biti ono što unutarzemaljci čekaju? To bi značilo da pojedinačne mikrobne ćelije koje izvlačimo našim bušenjem, a koje izgledaju uspavano, samo strpljivo čekaju ultrasporo kretanje ploča da ih zgnječi u kontinent, gde imaju šansu da ponovo izađu na površinu i počnu da rastu.

Evoluciona nagrada za čekanje milionima godina u dubokim morskim sedimentima bila bi povratak na gornje morsko dno gde hrana ima više nutrijenata i kad bi mikrob preneo svoje gene budućim generacijama.

Kao svaka standardna darvinovska prirodna selekcija, individue sa najboljim adaptacijama za mirovanje milionima godina imale bi prednost u rastu kad se vrate na površinu, osiguravajući da te adaptacije postanu stabilne u zajednicama. Da li za unutarzemaljca izbacivanje nazad u površinske sedimente predstavlja verziju leta?

(Telegraf Nauka/Live Science)