Znanstvenici su pronašli znakove života duboko ispod Zemljine površine, gdje su otkrili mikroorganizme koji uspijevaju u ekstremnim uvjetima, daleko od Sunčeve svjetlosti. Ovo otkriće rezultat je istraživanja koje je trajalo osam godina, a obuhvatilo je više od 1.400 skupova podataka o mikrobiomima iz cijelog svijeta. Rezultati su objavljeni u časopisu ScienceAdvances.
Istraživanje je pokazalo da duboke pukotine u Zemljinoj kori mogu sadržavati više od polovice svih mikroorganizama na planetu, što dovodi u pitanje dosadašnje shvaćanje da život postaje manje raznolik i manje obilan što su uvjeti udaljeniji od izvora Sunčeve energije. Kako objašnjava voditelj istraživanja Emil Ruff, mikrobni ekolog iz Marine Biological Laboratory:
“Opće je prihvaćeno da što dublje idete ispod površine Zemlje, manje je dostupne energije i manje je stanica koje mogu preživjeti. S druge strane, što je više energije prisutno, to se može stvoriti i održati veća raznolikost — kao u tropskim šumama ili koraljnim grebenima, gdje ima puno sunca i topline.”
Dodao je i: “Međutim, pokazujemo da u nekim podzemnim okruženjima raznolikost lako može parirati, ako ne i nadmašiti, raznolikost na površini.”
Ovaj zaključak temelji se na otkriću da “bogatstvo i ravnomjernost vrsta u mnogim podzemnim okruženjima mogu biti na razini ili čak nadmašiti ona u površinskim ekosustavima”, što tim istraživača smatra novim “univerzalnim ekološkim principom”.
Posebno je zanimljiva i metodologija istraživanja. Do 2016. godine nije postojala standardizacija u prikupljanju i analizi podataka o mikrobiomima, zbog čega je usporedba različitih uzoraka bila otežana. To se promijenilo zahvaljujući inicijativi molekularnog biologa Mitchella Sogina iz Bay Paul Centra, koji je organizirao globalno standardiziranje DNA podataka o mikroorganizmima. Na temelju tih standardiziranih podataka, istraživači su mogli uspoređivati uzorke prikupljene u različitim dijelovima svijeta, primjerice između Sveučilišta Utah i Sveučilišta u Valladolidu u Španjolskoj.
Ova međunarodna suradnja otvorila je vrata novim uvidima u život u dubinama Zemlje i potaknula istraživanje ovog fascinantnog, ali dosad zanemarenog područja znanosti.
Od tropa do podzemlja: Nova pravila biološke raznolikosti
Novo istraživanje o mikroorganizmima duboko ispod Zemljine površine značajno mijenja naše razumijevanje biološke raznolikosti i njezinih izvora. Tradicionalno se smatralo da raznolikost organizama ovisi o dostupnosti energije, poput Sunčeve svjetlosti koja pokreće fotosintezu. Međutim, mikrobi koji žive u podzemlju pokazuju kako raznolikost može opstati, pa čak i cvjetati, u uvjetima s minimalnom dostupnom energijom.
Ključna razlika u ovim okruženjima leži u prilagodbi organizama na izvor energije koji nije povezan sa Sunčevom svjetlošću. Umjesto toga, ti mikroorganizmi ovise o kemijskoj energiji dobivenoj iz reakcija minerala i plinova u dubokim slojevima Zemljine kore. Ova sposobnost preživljavanja u ekstremnim uvjetima, gdje su resursi ograničeni, otvara nove perspektive o tome kako definiramo ekološku produktivnost i raznolikost.
Jedan od fascinantnih uvida ovog istraživanja jest da duboke ekosustave ne treba promatrati kao izolirane ili “siromašne” životom, već kao ključne elemente globalnog ekosustava. Mikroorganizmi u podzemlju sudjeluju u procesima koji utječu na cijeli planet, poput ciklusa ugljika i drugih elemenata, te imaju potencijalno ključnu ulogu u regulaciji klime i održavanju geokemijske ravnoteže.
Ovi nalazi također sugeriraju da raznolikost može nastati i opstati u vrlo različitim uvjetima od onih na površini, što postavlja pitanje je li energija iz Sunčeve svjetlosti jedini temelj za razvoj kompleksnih ekosustava. Podzemni svjetovi otvaraju mogućnost postojanja potpuno drugačijih ekoloških pravila, koja možda već primjenjuju organizmi u dosad neistraženim područjima našeg planeta.
Istraživanje u ovom smjeru pomaže redefinirati osnovne principe ekologije i ukazuje na to da je biološka raznolikost daleko otpornija i prilagodljivija nego što smo dosad vjerovali. To ne samo da mijenja naše shvaćanje života na Zemlji, već i proširuje kriterije za traženje života na drugim planetima.
Što ovo otkriće znači za traženje života na drugim planetima?
Otkriće mikroorganizama duboko ispod Zemljine površine ima značajne implikacije za potragu za životom na drugim planetima i mjesecima u Sunčevom sustavu. Dokaz da život može uspijevati u uvjetima s minimalnom energijom i bez Sunčeve svjetlosti širi mogućnosti za postojanje života izvan Zemlje. Planeti i mjeseci koji se tradicionalno smatraju nepovoljnima za život, poput Marsa ili Europe, Jupiterovog ledenog mjeseca, sada postaju potencijalni kandidati za skrivene ekosustave.
Ključna poveznica leži u prilagodbi mikroorganizama na alternativne izvore energije, poput kemijskih reakcija između minerala i vode. Na primjer, na Marsu su otkriveni dokazi o postojanju podzemnih vodenih rezervoara, dok Europa ima duboke oceane ispod svoje ledene površine. Ako se tamo događaju slične kemijske reakcije kao u Zemljinim podzemnim pukotinama, to bi moglo omogućiti razvoj života temeljenog na kemijskoj, a ne Sunčevoj energiji.
Još jedna važna implikacija je otpornost i prilagodljivost života. Mikroorganizmi otkriveni u ekstremnim podzemnim uvjetima na Zemlji preživljavaju visoke pritiske, ograničenu energiju i potpunu odsutnost svjetlosti, što je analogno uvjetima na mnogim svemirskim tijelima. Ovo pokazuje da je život daleko otporniji nego što smo dosad mislili.
Otkrića iz ovog istraživanja pružaju nove smjernice za dizajniranje budućih misija koje traže život u svemiru. Umjesto fokusiranja samo na površinske uvjete, kao što su temperatura ili prisutnost tekuće vode, istraživači mogu razmotriti podzemne slojeve planeta ili mjeseca, gdje bi se mogla nalaziti mikroskopska zajednica organizama. Primjerice, buduće misije na Marsu ili Enceladusu, Saturnovom mjesecu, mogle bi uključivati bušenje kako bi se došlo do dubokih slojeva tla ili leda.
Ova otkrića otvaraju vrata interdisciplinarnom pristupu astrobiologiji, spajajući znanja iz geologije, biologije i kemije za razumijevanje gdje i kako život može postojati izvan našeg planeta. Život na Zemlji možda nije jedinstven primjer, već dio šireg kozmičkog fenomena života prilagođenog ekstremnim uvjetima.
Pitanja bez odgovora: Što još ne znamo o podzemnim ekosustavima?
Unatoč značajnim otkrićima o životu duboko ispod Zemljine površine, mnoga pitanja o podzemnim ekosustavima ostaju nerazjašnjena. Ovi skriveni svjetovi tek su djelomično istraženi, a njihova kompleksnost postavlja izazove znanstvenicima koji žele dublje razumjeti njihov značaj i funkcioniranje.
- Kako se podzemni mikroorganizmi razvijaju i prilagođavaju u uvjetima s minimalnim resursima?
Mehanizmi adaptacije ovih organizama na ekstremne uvjete, poput visokih pritisaka, ograničene energije i odsutnosti Sunčeve svjetlosti, još uvijek nisu potpuno poznati. Razumijevanje njihovih metaboličkih puteva i genetskih prilagodbi ključno je za shvaćanje kako život opstaje u tako nepristupačnim uvjetima. - Koji su izvori energije za ove duboke ekosustave?
Znanstvenici znaju da kemijske reakcije između minerala, vode i plinova pružaju osnovu za energiju, ali točni procesi koji omogućuju održavanje ovih ekosustava još nisu u potpunosti istraženi. Pitanje ostaje: postoji li još neotkriveni izvor energije na kojem se temelji život u dubinama? - Kolika je stvarna raznolikost podzemnih mikroorganizama?
Iako se procjenjuje da podzemlje može sadržavati više od polovice svih mikrobnih stanica na Zemlji, točna raznolikost vrsta još uvijek je nepoznata. S obzirom na poteškoće u uzorkovanju iz velikih dubina, velik dio ovih ekosustava ostaje izvan dosega postojećih istraživačkih metoda. - Kako podzemni mikrobiomi utječu na globalne procese?
Utjecaj podzemnih mikroorganizama na cikluse ugljika, dušika i drugih elemenata na globalnoj razini još uvijek nije u potpunosti shvaćen. Jesu li ovi mikrobi ključni za regulaciju klimatskih promjena ili stabilnost ekosustava na površini? - Koliko su podzemni ekosustavi međusobno povezani?
Je li moguće da različiti podzemni sustavi, čak i na udaljenim geografskim lokacijama, dijele zajedničke karakteristike ili se međusobno povezuju putem podzemnih tokova ili geoloških procesa? Ovo pitanje moglo bi otkriti složeniju mrežu podzemnog života nego što smo zamislili. - Koji su vremenski okviri evolucije podzemnih organizama?
S obzirom na stabilne, ali izolirane uvjete u dubinama, nije poznato koliko brzo ili sporo evolucija djeluje u ovim ekosustavima. Jesu li ovi organizmi “živući fosili” ili prilagodljivi akteri koji brzo reagiraju na promjene? - Postoje li granice života u podzemlju?
Na kojoj točki dubina, pritisak, ili temperatura postaju prepreka za život? Ovo je ključno pitanje za razumijevanje granica života ne samo na Zemlji, već i u kontekstu astrobiologije.
Ova neodgovorena pitanja ističu potrebu za daljnjim istraživanjima podzemnih ekosustava, koja bi mogla otkriti nova pravila o raznolikosti i opstanku života te pružiti uvid u evolucijske procese u ekstremnim uvjetima. Ujedno, odgovori na ova pitanja mogu značajno utjecati na znanost o životu na Zemlji i izvan nje.
