Obsah:
Život se hemží po celém vnějšku naší planety a dokonce i dolů do oceánských hlubin bez světla. Ale jak daleko v podzemí by ho mohl život hacknout?
Nový výzkum nabízí důkazy o bakteriích žijících až 12 mil (19 kilometrů) pod zemí - dost možná nejhlubší život, jaký kdy byl zahlédnut. Poznání pozemských limitů biologie, i když je důležité samy o sobě, je zásadní pro pochopení vzestupu života na jiných planetách s mnohem méně shovívavým podnebím a povrchovými podmínkami než na Zemi.
"Většina studií uvádí, že mikrobiální život v kůře není hlouběji než několik kilometrů - jen asi míle," řekla Philippa Stoddard, vysokoškolačka z katedry geologie a geofyziky Yaleovy univerzity. "Za předpokladu, že naše data jsou správná, značně to rozšiřuje naše chápání rozsahu zemské biosféry."
Stoddard prezentoval výzkum na výročním setkání Geologické společnosti Ameriky ve Vancouveru v Britské Kolumbii v říjnu.
Stoddard a její kolegové z Yale, jednali na základě vodítek z téměř dvě desetiletí staré terénní práce, zkoumali skály na ostrově Lopez v severozápadním Washingtonu. Bylo zjištěno, že tamní výchoz obsahující žíly nerostu aragonitu, vybagrovaný až na povrch před mnoha miliony let geologickými procesy, obsahuje podivně vysoké hladiny odlehčené verze prvku uhlíku. Tento uhlíkový podpis je obvykle produkován mikroby, které vylučují sloučeninu obsahující uhlík metan.
Nejpravděpodobnějším vysvětlením je, že formy života, kdysi pohřbené hluboko v zemské kůře, změnily uhlíkový podpis starověkého aragonitu. Tyto mikroby byly tak hluboko pod zemí, že by musely odolat extrémním teplotám a tlakům – dramatická ukázka odolnosti života, která je dobrým znamením pro schopnost uchytit se v nadpozemských prostředích.
"Myslím, že výsledky jako ty naše jsou velmi povzbudivé pro možnost života na jiných planetách," řekl Stoddard. "Čím více se dozvídáme o extrémních prostředích na naší vlastní planetě, tím více si uvědomujeme, jak odolný je život."
Téměř zapomenuto
Překvapivý objev se původně objevil v 90. letech 20. století. Terénní práce od J. G. Feehan za svou doktorandskou práci z roku 1997 s profesorem Yale Markem T. Brandonem, který je nyní Stoddardovým akademickým poradcem, identifikoval velmi lehké uhlíkové znaky aragonitu.
Feehan v té době navrhl, že podpisy byly otisky prstů superhlubokého života. Zaměřoval se však na geofyziku hornin hostujících aragonitové žíly. Takže hypotéza podzemního života byla od té doby nesledovaná.
Stoddard a Brandon se spolu s profesorem Yale Dannym Ryem rozhodli chytit nit. Nedávno se vrátili na scénu ve státě Washington.
"Profesor Brandon a já jsme se vrátili na výchoz na ostrově Lopez, kde Feehan provedl svá izotopová měření, abychom zjistili, zda bychom mohli potvrdit jeho data a důkladněji prozkoumat náznak hlubokého života," vysvětlil Stoddard.
Výmluvné hojnosti
Konkrétně, stejně jako Feehan, se Stoddard podíval na poměry dvou izotopů uhlíku nebo verze prvku obsahujícího různé počty neutronů. Jde o izotopy uhlík-12 a uhlík-13 nebo C-12 a C-13. První z nich tvoří drtivou většinu uhlíku na Zemi. Ve svém atomovém jádru má šest protonů a šest neutronů. C-13 má navíc sedmý neutron.
Život mění typický poměr C-12 k C-13, protože většina biochemických procesů – jedení, růst a tak dále – rozděluje izotopy na lehčí a těžší tábory. Způsob, jakým to funguje, je vlastně docela jednoduchý. Izotopy s nižším číslem, které mají menší hmotnost, jsou lehčí než izotopy s vyšším číslem. Lehčí předměty, jako je prázdná lepenková krabice, se samozřejmě přemisťují snadněji než naložený trezor stejné velikosti. Podobně i lehčí izotopy se snadněji pohybují v pohybu biologické hmoty v liliputánských měřítcích, poháněné energií a molekulárními interakcemi.
"Protože uhlík-12 je lehčí izotop, je termodynamicky mobilnější než uhlík-13," řekl Stoddard. "Ve skutečnosti se může pohybovat rychleji."
Metan, běžný odpadní produkt mikrobů, obsahuje jeden atom uhlíku plus čtyři atomy vodíku. Když mikrobi spotřebovávají molekuly bohaté na uhlík a vylučují metan, odpadní metan obsahující lehčí a rychlejší izotop C-12 se vrací do životního prostředí snadněji než metan s obsahem C-13. Typický poměr jednoho izotopu uhlíku k druhému končí v důsledku například u hornin zkreslený, jako v případě aragonitu na Lopezově ostrově.
"Methan produkovaný mikroby má mnohem méně těžkého izotopu, než je standardní poměr," řekl Stoddard.
Některé nebiologické procesy mohou také oddělovat izotopy uhlíku, ale nemají tendenci fungovat tak efektivně, poznamenal Stoddard.
Země dole
Ostrovy San Juan – včetně ostrova Lopez, místa zajímavého aragonitu – se jako takové staly pouze ostrovy asi před 100 miliony let, v době rozkvětu dinosaurů. Předtím se tyto horniny na mořském dně, nacházející se poblíž dnešního ostrova Vancouver, vnořily pod sousední kus horniny, což je geologický proces, ke kterému často dochází tam, kde se tektonické desky setkávají na hranicích oceánů a kontinentů.
Tlaky a teplo pohřbené v útrobách Země metamorfovaly temnou čedičovou horninu a vytvořily tenké, bělavé žilky aragonitu. Postupem času pak mikrobi na scéně pomalu měnili uhlíkové znaky v tomto aragonitu metodickým vylučováním metanu v tomto černočerném, horkém a vyždímaném prostředí.
Podpovrchová voda zachycená mikroby mohla dále umožnit jejich přežití na takovém místě. Teploty by pravděpodobně přesáhly 250 stupňů Fahrenheita (121 stupňů Celsia) - známá mez pro to, aby i ti nejotužilejší v životě stále fungovali (v horkých pramenech).
Jak by tito mikrobi přežili? Z kontraintuitivního hlediska by mohl pomoci mimořádně vysoký tlak v míle hlubokém biotopu – v blízkosti 5000krát vyššího tlaku, než jaký vyvíjí zemská atmosféra na úrovni moře. Vysoké tlaky ve skutečnosti mohou stabilizovat biomolekuly, jako je DNA, a kompenzovat destruktivní účinky tepla.
Podobné scénáře by i dnes mohly přetrvávat po celém světě, což znamená, že biosféra Země by se mohla rozprostírat mnoho mil pod povrchem planety.
"Během posledních několika desetiletí průzkumu jsme viděli, že život může přežít v neuvěřitelné rozmanitosti ekosystémů, dokonce i v hlubokomořských průduchech a ledovcovém ledu," řekl Stoddard. "Pokud byla hluboká Země přežítelná pro specializované mikroby před 100 miliony let, stejné strategie by mohly fungovat i dnes."
Podpovrchová útočiště
Podobný přístup by mohl umožnit mimozemskému životu proniknout pod pusté povrchy světů, jako je Mars.
Navzdory některým zřejmým nevýhodám hlubinného života by mikroby, které se vyvinuly, aby přetrvávaly v takových podmínkách, měly výhody oproti životu, který se pokouší uchytit nad zemí v nepřátelském prostředí.
Vezměte si opět Mars jako příklad. Jeho povrch je bombardován stokrát více kosmického záření než povrch Země. Mars postrádá stínící magnetické pole, takže život vyvíjející se na jeho povrchu by byl podstatně více vystaven škodlivému záření. Hluboko pod povrchem se toto riziko zmenšuje spolu s dalšími riziky, která představují například opaření nebo teploty pod bodem mrazu.
"Podzemní prostředí by potenciálně byla příznivá místa pro mimozemský život, protože jsou více chráněna před škodlivými povrchovými podmínkami, jako je kosmické záření, a izolována od extrémních povrchových teplot," řekl Stoddard. "Je to rozhodně něco, co bychom měli mít na paměti, když zkoumáme jiné planety."
Stoddard a kolegové mají v úmyslu dále studovat dlouho pohřbené skály ostrova Lopez, aby získali více informací o tom, jak a zda je život skutečně nazval domovem.
"Ačkoli naše izotopová data velmi naznačují hluboký život, stále existuje spousta věcí, které o tomto prostředí nevíme a které by mohly ovlivnit naše závěry," řekl Stoddard. "Doufáme, že v příštích několika měsících budeme schopni vytvořit docela podrobný portrét tohoto hlubokého ekosystému."
