Mikroorganizmi u ledu

Veoma je aktualno traženje života na drugim planetima

 

 

Je su li ledom okovani mikroorganizmi naši davni preci? Najnovija i najsuvremenija istraživanja, prije svega jezerske vode i sedimenata, postavljaju pred brojne svjetske znanstvenike brojna pitanja kao što su: tko živi u jezeru, u čemu se živeći mikroorganizmi razlikuju od dosad poznatih mikroorganizama, koju uporabljuju energiju, kako uopće prepoznati posebitosti življenja u jezeru itd.

Postoji mogućnost da se dio tih mikroorganizama u jezerima u izolaciji razvija od nastanka ledenoga štita naprijed, dakle, već oko 30 milijuna godina. Za to vrijeme su promijenili svoj genski zapis zbog prilagodbe novim okolnostima. Stoga se postavlja opravdano pitanje mogu li te promjene voditi do novih životinjskih vrsta?

Zemlja prije 750 milijuna godina

 

Znanstvenici smatraju da je život postojao davno prije toga vremena. Prokariontske stanice su zavladale na Zemlji još prije skoro dvije milijarde godina. U morima su prevladavale plavo zelene bakterije. Eukariontske stanice su se upravo tako pojavile davno prije toga vremena. To je vrijeme kada se je, otprilike, čekalo na bujan procvat koji bi ponudilo višestanično življenje. Nakon toga nastupio je iznenadan obrat. Zemljom je zavladala temperatura od -50 stupnjeva Celsiusovih. Ovio ju je ledeni štit. Oceane je prekrio kilometar debeli led, a kopno većinom još i deblji. Životne okolnosti postale su sve kritičnije. Umjesto očekivanoga procvata i novih, viših oblika življenja mikroorganizmi su se borili za golo preživljavanje. Borili su se gdje pronaći odgovarajuća ekološka skloništa. Moguće u oceanima ili u zamrznutom tlu ispod leda.

 

Zemlja je u cijelosti bila ovijena u više kilometara debeo sloj leda. Interpretacije podataka, koje su poslali sateliti, skoro sve naglašavaju da se ispod nalazi tekuća voda i oceani. Neki misle da se je u oceanu razvio i očuvao život unatoč ekstremno zaoštrenim odnosima. Ispod 4.000 metara debeloga leda Antarktike nalaze se slatkovodna jezera. Svi se znanstvenici slažu da se je u njima očuvao jednostavan jednostaničan život. Više od 30 milijuna godina ta su jezera prekrita s više kilometara debelim ledenim štitom. Najpoznatije i najveće je jezero Vostok.

 

Jezero Vostok

 

Piloti i istraživači, koji su pedesetih godina ovoga stoljeća letjeli iznad Antarktike, prvi su zapazili golema ravna područja na ledenom štitu južnoga pola. Neki su zaključili da su ta područja posljedica manjega trenja između leda i podloge, i upozorili da su ispod njih jezera. Te pretpostavke su u ranim šezdesetim godinama testirali ruski geofizičari na najrazvijenijem između takvih mjesta, u okolici današnje istraživačke postaje Vostok, i potvrdili ih.

 

Između 1968. i 1979. godine protjecao je opširan projekt letačkoga radarskoga snimanja antarktičkoga ledenoga štita. Dobiveni podatci su potvrdili mišljenje ruskih znnstvenika. Istodobno su zaključili više od deset uostalom manjih jezera ispod leda na Istočnoj Antarktici. Godine 1993. su na osnovi satelitskih topografskih podataka dopunili ponašanje o opsegu jezera Vostok i otkrili brojna nova jezera. Danas je ispod antarktičkoga leda poznato 77 jezera. Pošto nije istražen cijeli južni kontinent stručnjaci su mišljenja kako ih je puno više. O jezeru Vostok, koje je najveće, danas znamo puno više nego što su njegove dimenzije.

 

Jezero Vostok je dugo oko 250 i široko 30 do 70 kilometara. Njegova površina približno iznosi oko 13 km2. Duža os jezera ima smjer približno sjever-jug. Voda u jezeru je uz zapadni rub, gdje iz njega u led sežu brojne kamene hridi, duboka samo do deset odnosno nekoliko desetaka metara. Uzduž istočnoga ruba doseže dubinu više od 650 metara, a ispod postaje Vostok oko 500 metara. Temperaturu vode u jezeru ocjenjuju na  -3,2 stupnja Celsiusova. Glaciolozi zaključuju da je voda u jezeru vrlo čista. Njezinu slanost ocjenjuju na manje o 0.04 posto (slanost morske vode je 35 posto).

 

U jezeru voda cirkulira

 

Kao uostalom i posvuda, ledene mase klize po tvrdoj podlozi također i na Antarktici, pa tako i iznad jezera Vostok. U regionalnom pogledu led se na tom dijelu Antarktike pomiče sa zapada prema istoku. Pomicanje ledenoga štita na području istraživačke postaje su Rusi odredili na osnovi opažanja zvijezda još od 1964. do 1972. godine. Tada su izračunali pomicanje leda prema jugoistoku brzinom od 3,7 metara godišnje. Na osnovi novijih mjerenja taj su izračun samo malo popravili. Smjer kretanja leda se iznad jezera samo malo otkloni prema jugu, tako da opet klizi prema istoku. Brzina klizanja iznad jezera iznosi 2,2 metra godišnje.

 

Iako je površina iznad jezera skoro ravna (nagnuta je prema jugoistoku samo za 0,01 stupanj), debljina leda nije jednakomjerna: općenito led je deblji uzduž istočnoga ruba gdje doseže debljinu od 4.200 metara, dok je tanji uzduž zapadnoga i debeo je 3.700 metara. Istraživače je različita debljina leda iznenadila. Tu su činjenicu objasnili samo s time da se led u doticaju s jezerskom vodom na zapadu najprije topi, dok se na istoku jezerska voda zamrzava. To je istodobno dokaz da u jezeru postoji cirkulacija vode i da postoji izmjena između ledenoga štita i jezerske vode. Jezero, iako prekrito s ledom već više od 30 milijuna godina, nije sasvim zatvoren sustav. S cirkulacijom vode se po njemu prenose hranjive tvari, koje bilo da dolaze u jezero s topljenjem leda ili pak nastaju kod mogućih hidrotermalnih izvora na dnu.

 

Na dnu jezera nalaze se sedimenti, koji su dijelom nastali u vrijeme otkad je jezero prekriveno s ledom. Mineralna zrna i komadići te komadi kamena iznad jezera dolaze s klizanjem leda i akumuliraju se na dnu jezera kao sedimenti. Osim toga u jezero dolaze mikroorganizmi koje je s dijelovima prašine na Antarktiku donio vjetar. Mikroorganizmi, koji s komadima prašine padaju na središnju Antarktiku nakon čega ih prekrije snijeg i led, imaju mogućnost da nakon približno milijun godina dođu neposredno iznad jezera i tako s topljenjem leda padaju u jezersku vodu. Između jezerskih sedimenata svakako su tu i brojni meteoriti, mikrometeoriti i kozmički prah, koji isto tako pada na ledeni štit. U jezeru Vostok zbog niske temperature i visokoga pritiska očekuju specifičan geokemijski sastav u vodi rastopljenih plinova, vjerojatno u obliku hidrata, koji su za sada još velika nepoznanica.

 

Do dna i naprijed

 

Prva bušotina na postaji Vostok, koja je sa znanstvenoga stajališta “strateški” značajna, bila je izvrtana osamdesetih godina i dostigla je dubinu od 2.202 metra. Kasnije su se ruskim i francuskim znanstvenicima na postaji Vostok pridružili i američki znanstvenici. Njihova je zadaća izbušiti rupu do dubine od 3.623 metra i tamo, 120 metara iznad doticaja s jezerom, stati kako bi se spriječila njegova kontaminacija.

 

Preliminarna istraživanja ledene jezgre iz te zadnje bušotine lani su bila objavljena u reviji “Nature”. Provrtano ledeno jezgro do dubine od 3.300 metara nosi u sebi podatke o klimatskim promjenama u zadnjih 420.000 godina. U tom su se razdoblju poredala četiri ledena doba s toplijim razdobljima, kada je podneblje bilo slično današnjem. Ispod dubine od 3.300 metara je narušena slojevitost leda zbog klizanja ledenoga štita. Led do dubine od 3.538 metara sadrži sitno kamenje, što dokazuje da je taj dio leda u biti klizna pomična zona između stratigrafskog neporušenog leda i kamene osnove. Ispod te pomične zone struktura leda se dramatično mijenja. Kristali leda su čisti i vrlo veliki – od 10 do 100 centimetara. Te su promjene za znanstvenike značile potvrdu interpretacije da to nije led koji bi nastao s akumulacijom atmosferskih padalina, nego se radi o zamrznutoj jezerskoj vodi.

 

Ponovni početak bušenja je predviđen za sezonu 2003./2004. Cilj je prolaz iz leda u jezero i sedimente na dnu jezera. Glavni problem, s kojim se suočavaju tehnolozi koji su uključeni u projekt Vostok, je osigurati bušenje u jezero i njegovo dno, ali da se svakako izbjegne kontaminiranje ovoga jedinstvenoga ekološkoga sustava. Bušenje u led je, ako ne trebamo ledno jezgro, dosta jednostavno. U tu namjenu uporabljuju vruću vodu koja tali led uzduž okomite bušilice. S kruženjem vode dovodi se topla voda uzduž cjelokupne bušotine. Kod takvoga načina bušenja voda se zamrzne tada kada se prestane dovoditi toplina. Transportiranje na površinu na takav način nije moguć. Zato planiraju izvedbu dviju bušotina, od kojih će postaviti dva opservatorija. Već traže lokaciju za novu bušotinu. Kod izbora će biti odlučujući rezultati opsežnih geofizikalnih istraživanja iznad jezera koji su već u tijeku. Prvu bušotinu namjeravaju izvrtati na opisani način i zaključiti je približno 200 metara iznad površine jezera. U nju će potopiti istraživačku sondu s termalnim elementom. Zadaća termalnoga elementa je da se produži bušotina do jezerske površine, a preostali elementi bi imali zadaću obaviti sva predviđena in situmjerenja u jezeru i na njegovom dnu. Puno se veće teškoće očekuju pri osiguranju sterilnosti od proizvodnje druge bušotine kroz koju će najprije uzorkovati jezerski vodeni stupac, nakon toga sedimentni stupac i na kraju također kamenu osnovu.

 

Život u ledu

 

Već dugo je poznato da neki organizmi mogu preživjeti u vrlo ekstremnim ekološkim okolnostima koje definiraju ekstremna temperatura, pritisak, pH te izrazito pomanjkanje hranjivih tvari i svjetlosti. Danas općenito te organizme nazivaju “ekstremofili”, koji su između ostaloga pohranjeni u debelom, stalno zamrznutom tlu, te u kiselim, slanim i alkalnim jezerima, uz vruće izvore uz vulkane, uz hidrotermalne izvore na dnu oceana i drugdje. Također su iz uzoraka leda na Antarktici bili poznati neki mikroorganizmi, prije svega iz uzoraka blizu površine. Tek s bušotinama u istraživačkoj postaji Vostok dobili su dovoljno kvalitetne uzorke leda iz dubljih dijelova ledenoga štita. Najprije su godine 1998. izdvojili brojne mikroorganizme iz uzoraka leda iz dubine do 2.700 metara. Dio pronađenih organizama je u tim ekstremnim okolnostima preživio preko 240.000 godina. Lani su također pregledali “jezerski” led iz dna bušotine Vostok. Tu su našli bogato društvo za život sposobnih mikroorganizama, od kojih su kod nekih vrsta tijekom mjerenja konstatirali metaboličku aktivnost. To znači da su zaključili da u jezeru postoje odnosi u kojima određeni mikroorganizmi mogu živjeti.

 

Pred novim istraživanjima, prije svega pred uzorkovanjem jezerske vode i sedimenta, pojavljuju se brojna pitanja: tko živi u jezeru; u čemu se razlikuju živući mikroorganizmi od dosad poznatih; koju energiju uporabljuju? Istina, o životu mikroorganizama znamo vrlo malo. Postoji mogućnost da se dio tih organizama u jezerima u izolaciji razvija od nastanka ledenoga štita naprijed, dakle još prije 30 milijuna godina. U to vrijeme su promijenili svoj genski zapis zbog prilagodbe novih okolnosti. Postavlja se pitanje mogu li te promjene voditi do novih životinjskih vrsta?

 

Prošlost u sadašnjosti

 

Antarktika danas ima neke značajke Zemlje kao “snježne grude” prije 750 do 580 milijuna godina. Život se je tada odvijao iz ledenoga oklopa bez danas nama poznatih posljedica. Kako znamo da tadašnji ekstremni odnosi nisu utjecali na mikroorganizme? Zapravo to znanstvenici i ne mogu tvrditi. Samo se može tvrditi da su mikroorganizmi preživjeli. I to je dovoljno. Neznamo pak u kojem okolišu i kakvim ekološkim uvjetima i kakve su prilagodbe za to potrebne. Sama po sebi se nudi usporednica između poboljšanja klimatskih odnosa i skoro suvremenoga bujnoga procvata biljnoga i životinjskoga svijeta između 600 i 500 milijuna godina. Prije 1,5 milijarde godina bile su samo jednostanične biljke. Nakon toga su se iznenadno, u “kratkom” razdoblju, iz ekvatorijalnih stanica razvili predstavnici svih jedanaest životinjskih vrsta, koje su nekada naseljavale naš planet.

 

Veoma je aktualno traženje života na drugim planetima. Zapravo najveći dio znanstvenika, koji rade na sličnim projektima, nekako je razočaran. Bit će još i više ako u buduća tri, najviše četiri desetljeća ne budu otkrili život ili jasne tragove nekadašnjega života na drugim nebeskim tijelima u sunčevom sustavu. Najprije na jednom od Jupiterovih satelita ili na Marsu. Godine 1996. znanstvenici su već poručili o pronalasku vjerojatnih mikrofosila na jednom od meteorita kojega su našli na Antarktici i za kojega na osnovi kemijskih analiza misle da potječe sa Marsa. Glede na istraživanja, koja su dosad bila tada obavljena, bio je to misaoni zaključak. Mnogi istraživači danas tvrde da su to strukture koje podsjećaju na fosilizirane mikroorganizme anorganskoga izvora. Znanstveno dokazivanje u tom primjeru još nije donijelo konačan odgovor. Istraživači se danas slažu da je najviše mogućnosti za postojanje života na jednom između Jupiterovih satelita, prije svega na onome koji se zove Europa.

 

Jupiterov satelit Europa

 

Europa je najmanji Jupiterov mjesec. Ovaj je satelit obavijen u debeli sloj leda. To su astronomi na osnovi spektroskopskih analiza otkrili još šezdesetih godina. Iznenađujuće podatke, koji su stvarali više pitanja nego odgovora, davali su sedamdesetih godina oba Voyagera. Devedestih godina je svemirska sonda Galileo na Zemlju poslala snimke površine Zemlje, koji su tada bili stoput precizniji od Voyagerovih. Europa se vidi kao ledena kugla prepredena kapilarima.

 

Stručnjaci su uvjereni da Europa ima mjesečevu građu. Predviđaju da je jezgro metalno. Prema van nalazi se kameni silikatni sloj, a iznad njega voda koja je u gornjih deset do trideset kilometara zamrznuta. Debljinu vodene opne zajedno procjenjuju na oko 100 kilomatara. Ledeni omotač na Europi je snažno rastavljen, te sastavljen iz brojnih većih i manjih ledenih ploča. Istraživačima je posebno puno značilo opažanje da su na površini Europe rijetki meteorski krateri. S obzirom na brojnost meteorita okolo Jupitera su ocijenili da je površina Europe stara samo oko 50 milijuna godina. Zato je Europa u geološkom smislu živa. Svi istraživači predviđaju hidrotermalne izljeve i vulkanske erupcije ispod oceana na Europi. Iz promatračkih središta u oceanima na Zemlji znamo da u takvim okolnostima može postojati šarolikost života.

 

Što sutra?

 

Više nego ikad dosad danas se može očekivati da će se otkriti drugdje život izvan Zemlje. To znači da izvan Zemlje ima mikroorganizama u našem najbližem susjedstvu, u sunčevom sustavu. To nije više znanstvena fantastika, jer život izvan Zemlje opravdano očekuju brojni znanstvenici. Oni su svjesni da neće biti lako spoznati život na bilo kojem drugom nebeskom tijelu, a nije niti nužno da tamošnji život grade molekule DNK i RNK. Recimo ako im to uspije, što će biti tada? Stuba, koja je između evidentiranja života u našem sunčevom sustavu i dokazivanjem “života tamo prijeko” je jednako visoka ili viša, kao što je to između života na Zemlji i života drugdje u našem sustavu. Naše znanje je još uvijek preskromno, govore znanstvenici, da bi si mogli predstavljati oblike inteligentnih organizama “tamo prijeko”. Zato to još uvijek ostaje domena naše mašte i vjerojatnoće. Zato je važno, poručuju na kraju znanstvenici, da znamo razlikovati između opravdanih očekivanja i između naše više nego potrebne maštovitosti.

 

Vid Hinković