7 Minutės
Nenumatytas atradimas po Ramiojo vandenyno paviršiumi verčia peržiūrėti supratimą apie tai, kur gali egzistuoti gyvybė. Tyrėjai, tirę dumblinius ugnikalnius prie Marianos duobės, iš beveik 3 000 metrų gylio iškėlė ryškiai mėlyną serpentinitinį dumblą ir aptiko nepažeistus molekulinius gyvybės ženklus – mišinį tokio stipraus šarmingumo, kad jis suerzintų žmogaus odą.
Kodėl šis mėlynas dumblas patraukė mokslininkų dėmesį
Pavyzdžiai buvo surinkti 2022 m. ekspedicijos R/V Sonne SO292/2 metu. Palash Kumawat ir kolegos išanalizavo du iš devynių gręžinių. Vieno gręžinio giliausioje dalyje dominavo serpentinitas su matomomis brucito kristalų radiniais – mineralais, kurie, apsaugoti nuo jūros vandens poveikio, suteikia medžiagai elektriškai mėlyną spalvą. Viršutinėse sluoksniuose, kur pratekėjo jūros vanduo, mėlynumas blanko, nes brucitas ištirpsta ir keičiasi cheminė aplinka.
Labiausiai stebino cheminė sudėtis: dumblo pH siekė maždaug 12, tai vienas iš labiausiai šarmingų natūralių aplinkų, žinomų Žemėje. Tai maistingųjų medžiagų skurdus, organikos beveik neturintis buveinės tipas, kur gyvybės klestėjimo tikimybė atrodo menka. Vis tik komanda aptiko bakterijų ir archaeal riebalų (lipidų) – membranas sudarančių lipidų – neįtikėtinai gerai išsaugotą formą serpentinitinių sluoksnių viduje.
Šis radinys privers mokslininkus kelti naujus klausimus apie giliavandenės biosferos ribas: kaip mikroorganizmai išgyvena aukštos pH, mažo organinio anglies ir geocheminių stresų sąlygomis. Serpentinitinis dumblas tapo svarbiu biomarkerių ir gyvybės pėdsakų saugykla, kurią būtina išsamiau tirti.
Kaip mikrobai ištveria korozinę aplinką
Serpentinitinės sistemos susidaro vykstant lėtoms geocheminėms reakcijoms – procesui, vadinamam serpentinizacija. Per šį procesą uolienose susidaro vandenilis, pakyla pH ir susidaro ekstremalios cheminės sąlygos. Tokios sąlygos palankios chemosinteziniams ekosistemoms – bendruomenėms, kurios energiją gauna iš cheminių reakcijų, o ne iš saulės šviesos.
Aptikti lipidai rodo, kad šiose serpentinitinėse įgriuvose gyvena arba neseniai veikė mikrobų bendruomenės, vartojančios metaną (metanotrofai) arba gaminančios metaną (metanogenai), taip pat sulfato redukuojantys mikroorganizmai, kurių tarpinis produktas – vandenilio sulfidas. Tokios metaboliškos grupės yra tipinės cheminių energijos grandinėms, kurios gali palaikyti ekosistemas visiškoje tamsoje ir be tradicinės organinės mitybos.
Florence Schubotz, organinės geochemijos mokslininkė iš Bremeno universiteto ir bendraautorė, pažymi: „Ypač įdomu gauti įžvalgų apie tokias mikrobinės buveines, nes galime manyti, jog ankstyvoji gyvybė galėjo kilti būtent tokiose vietose.“ Ji ir kolegos pabrėžia, kad gerai išsaugoti membraniniai riebalai signalizuoja apie gyvas arba neseniai aktyvias populiacijas, kurios prisitaikė prie itin aukšto šarmingumo ir labai mažo organinės anglies kiekio.
Ankstesni tyrimai išvedė metano vartotojų ir metano gamintojų buvimo indikacijas panašiose sistemose, tačiau šis darbas pateikia tiesioginius molekulinius įrodymus iš gilaus, tankaus serpentinitinio dumblo, išplečiant žinomą gyvybės gylį ir tankį tokiuose sluoksniuose. Tai reiškia, kad ribos, kuriose galima tikėtis gyvybės, gali būti gilesnės ir cheminiu požiūriu ekstremalesnės nei manyta anksčiau.
Pacman dumblinio ugnikalnio gręžinio mėginio sandara, rodanti serpentinitą (Srp) ir brucitą (Brc) gilesniuose sluoksniuose. (Kumawat et al., Commun. Earth Environ., 2025)
Ką tai pasako apie Žemės giluminę biosferą
Gyvybė po jūros dugnu gali sudaryti apie 15 % visos Žemės biomasės ir turi reikšmingą vaidmenį ilgalaikiuose maistinių medžiagų bei anglies cikluose. Tačiau didžiojoji dalis šios biosferos lieka neatrasta. Biomarkerių radimas išsaugotame, šarmingo serpentinitinio dumblo sluoksnyje rodo, kad sudėtingos mikrobinės ekosistemos gali išlikti mažose kišenėse, apsaugotose nuo tiesioginio jūros vandens poveikio ir išlaikytos geocheminės energijos tiekimo.
Įrodymai taip pat parodo staigius ekologinius pokyčius: tyrėjų komanda pastebėjo ryškų organizmų tipų skirtumą tarp pelaginio (jūros vandenyno nuosėdų) sluoksnio, dengiančio vandenyno dugną, ir gilaus serpentinitinio dumblo po juo. Tarpas tarp šių sluoksnių atrodo kaip aštrus perėjimas nuo jūros vandens įtakotų bendruomenių prie senovinių, uoloje įsėdėjusių ekosistemų, kurios remiasi vidaus geocheminiais procesais.
Išsaugotų lipidų aptikimas uolienose taip pat leidžia geriau suprasti, kokiomis medžiagomis galima pakeisti organinę anglies stoką: membraniniai lipidai yra santykinai atsparūs ir gali išlikti ilgą laiką, ypač kai jie yra apsaugoti nuo oksidacijos ir mikrobiologinio skilimo. Tokia apsauga gali atsirasti gruntų sluoksniuose, kur prasta kaimynystė su jūros vandeniu bei silpnas organinių maisto medžiagų pritekėjimas riboja degraduojančių organizmų aktyvumą.
Ekspedicija, metodai ir reikšmė gyvenimo atsiradimo tyrimams
Tyrimas apjungia kruopščius gręžinius iš jūros dugno dumblinių ugnikalnių, mineraloginę analizę serpentinitui ir brucitui identifikuoti bei organinės geochemijos metodus membraniniams lipidams išskirti. Tokie biomarkeriai yra patikimi bakterijų ir archaeų rodikliai; jų išsaugojimas aukšto pH ir mažo anglies kontekste yra reikšmingas, nes šarmingas vanduo paprastai skaido organines molekules.
Laboratorinė analizė apėmė chromatografinius ir masių spektrometrinius metodus, leidžiančius atskirti bakterinius ir archaeal lipidus, nustatyti jų izotopinę sudėtį ir patikslinti metabolinius kelius (pvz., ar jie susiję su metano suvartojimu ar sulfato redukcija). Mineralinė analizė, įskaitant rentgeno spindulių difrakciją (XRD) ir mikroskopiją, padėjo patvirtinti brucito buvimą ir jo ekologiškai reikšmingą vaidmenį dėl mineralų tirpimo dinamikoje.
Tyrėjai pabrėžia, kad serpentinitinės buveinės yra puikios kandidatės hipotezėms apie gyvybės atsiradimą Žemėje. Jei šiandien paprasti mikrobai geba išgyventi aukšto pH ir metanu turtingose nišose, tai panašios aplinkos ankstyvojoje Žemėje — arba požeminiai pasauliai kitose planetose ir ledo dengtose palydovinėse okeaninėse sistemose — galėjo palaikyti chemines reakcijas, vedusias prie gyvybės pradžios.
Techniniai aspektai, kuriuos verta paminėti: biomarkerių interpretacija reikalauja atsargumo, nes lipidai gali būti perkeliami arba „perplaukti“ vertikaliai sluoksniais. Todėl tyrime derintos mineraloginės indikacijos (pvz., brucito lokalizacija) su lipidų kompozicija, kad būtų sumažinta neteisingų interpretacijų rizika. Tokia tarpdalykinių metodų sąveika sustiprina tyrimo patikimumą ir prisideda prie mūsų supratimo apie gyvybės išlikimo ribas šarmingose aplinkose.
Ateities žingsniai ir tęstiniai tyrimai
Kumawat ir bendraautoriai planuoja išplėsti mėginių ėmimą daugiau dumblinių ugnikalnių rajonų, sujungti lipidų duomenis su DNR analizėmis ir vienaląstėmis (single-cell) studijomis, taip pat atlikti laboratorinius eksperimentus, imituojančius aukšto pH ir mažo organikos kiekio sąlygas, rastas gręžiniuose. Tai padės suprasti, kaip membraninė chemija ir metaboliniai keliai prisitaiko prie ekstremalaus šarmingumo.
Konkrečios būsimos tyrimų kryptyse:
- Platesni sinchronizuoti lipidų bei genomo (metagenomo) tyrimai, leidžiantys susieti molekulinius biomarkerius su konkrečiomis taksonominėmis grupėmis.
- Eksperimentai, tirsiantys membranų stabilumą aukštame pH, kad būtų aišku, kaip lipidų struktūros prisideda prie prisitaikymo.
- Geocheminiai modeliai, apibrėžiantys vandenilio, metano ir sulfato ciklus serpentinitinėse sistemose ir jų energetinį potencialą mikrobinėms bendruomenėms.
- Palyginamieji tyrimai kituose panašiuose rajonuose, kad būtų įvertintas universališkumas arba regioniniai skirtumai serpentinitinėse buveinėse.
Šie žingsniai padės sistemingiau nustatyti aplinkos langus, kuriuose gyvybė gali prasidėti ir išlikti – informacija, svarbi tiek Žemės geochemijos supratimui, tiek astrobiologinių paieškų planavimui.
Ekspertų įžvalgos
Dr. Leah Moreno, astrobiologė iš Planetų mokslų instituto, komentuoja: „Šie radiniai sustiprina idėją, kad gyvybė yra ištverminga ir pasinaudojanti galimybėmis. Serpentinizacijos sistemos yra natūralūs laboratoriniai modeliai, tirti prebiotinę chemiją ir mikrobinio išlikimo strategijas. Astrobiologijoje jos ypač įdomios kaip analogai požeminėms buveinėms Marse arba okeaniniuose pasauliuose, tokiuose kaip Europa.“
Išplėsčius tyrimus į šiuos tankius, mėlynus dumblus, mokslininkai tikisi žemėlapyje pažymėti anksčiau nematytas ekosistemas ir tiksliau apibrėžti aplinkos sąlygas bei langus, kuriuose gyvybė gali atsirasti ir tęstis. Tai apima ne tik identifikavimą, bet ir kvantifikavimą: kiek anglies gali būti užfiksuota tokiuose sluoksniuose, kokios medžiagų apykaitos greičiai gali būti palaikomi, ir kaip ilgai tokios bendruomenės gali egzistuoti izoliuotai nuo paviršinės biosferos.
Galutinė implikacija yra plati: nuo geresnio suvokimo, kur ieškoti gyvybės už Žemės, iki naujų įžvalgų apie anglies ir maisto medžiagų ciklus giliausiose planetos sluoksniuose. Serpentinitiniai dumblai ir jų mėlyni šydai gali tapti raktažodžiais ateities geochemijos, mikrobiologijos ir astrobiologijos tyrimuose.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą