Mikrobet në vullkanet e thella detare mund të ndihmojnë shkencëtarët të mësojnë për jetën e hershme në Tokë ose madje për jetë jashtë planetit tonë

Njerëzit kanë menduar gjatë se si ishte jeta fillimisht në Tokë, dhe nëse ekziston jetë në sistemin tonë diellor përtej planetës sonë. Shkencëtarët kanë arsye të besojnë se disa nga hënat në sistemin tonë diellor – si Europa e Jupiterit dhe Enceladus i Saturnit – mund të përmbajnë oqeane të thella, të kripura nën një shtresë akulli. Vullkanet e fundin e detit mund të nxehen oqeanet e këtyre hënave dhe të sigurojnë kimikat bazë të nevojshme për jetë.

Vullkanet e thella të ngjashme të gjetura në Tokë mbështesin jetë mikrobiologjike që jeton brenda shkëmbit të ngurtë pa dritë dielli dhe oksigjen. Disa nga këta mikroorganizma, të quajtur termofiles, jetojnë në temperatura të mjaftueshme për të valëzuar ujin në sipërfaqe. Ata rriten nga kimikatet që dalin nga vullkanet aktive.

Sepse këta mikroorganizma ekzistonin para se të kishte fotosintetizë ose oksigjen në Tokë, shkencëtarët mendojnë se këto vullkane të thella deti dhe mikrobet mund të ngjasojnë me habitatet dhe jetën më të hershme në Tokë, dhe përtej saj.

Për të përcaktuar nëse jeta mund të ekzistojë përtej Tokës në këto botë oqeani, NASA dërgoi anijen Cassini për të rrotulluar Saturnin në vitin 1997. Agjencia gjithashtu ka dërguar tre anije për të rrotulluar Jupiterin: Galileo në 1989, Juno në 2011 dhe së fundmi Europa Clipper në 2024. Këto anije fluturuan dhe do të fluturojnë afër Enceladus dhe Europës për matjen e banueshmërisë së tyre për jetë duke përdorur një seri instrumentesh.

Megjithatë, për shkencëtarët e planetëve që të interpretojnë të dhënat që mbledhin, ata duhet së pari të kuptojnë se si funksionojnë dhe mikpritin habitatet e ngjashme dhe jetën në Tokë.

Laboratori im i mikrobiologjisë në Universitetin e Massachusetts Amherst studion termofilët nga burimet e nxehta në vullkanet e detit të thellë, të quajtur gjithashtu shpërthime hidrotermale.

Zhytje në thellësi për mostra të jetës

U rrita në Spokane, Washington, dhe mbi shtëpinë time u ulën mbi një inç hirit vullkanik kur Vullkani Mount St. Helens shpërtheu në vitin 1980. Ky ngjarje më bëri të jem i fascinuar nga vullkanet.

Disa vjet më vonë, ndërsa studja oceanografi në kolegj, mbledhja mostra nga burimet e nxehta të Mount St. Helens dhe studjova një termofil nga vendi. Më vonë, mbledhja mostra në shpërthimet hidrotermale përgjatë një varg mali vullkanik nënujore qindra milje larg bregdetit të Washingtonit dhe Oregonit. Kam vazhduar të studioj këto shpërthime hidrotermale dhe mikrobet e tyre për gati katër dekada.

Pilotët e nën ujë mbledhin mostrat që ekipi im përdor nga hapësirat hidrotermale duke përdorur nën ujë me ekuipazh njerëzor ose nën ujë të operuar në distancë. Këto mjete u ulën në oqean nga anijet kërkimore ku shkencëtarët kryejnë kërkime 24 orë në ditë, shpesh për javë të tëra.

Provat e mbledhura përfshijnë shkëmbinj dhe lëngje hidrotermale të nxehta që ngrihen nga çarjet në fundin e detit.

Nëndetëset përdorin krahë mekanikë për të mbledhur shkëmbinjtë dhe pompa dhe çanta të veçanta për të mbledhur lëngjet hidrotermale. Nëndetëset zakonisht qëndrojnë në fundin e detit për rreth një ditë para se të kthejnë provat në sipërfaqe. Ata bëjnë shumë udhëtime në fundin e detit në çdo ekspeditë.

Brenda shkëmbit të fortë të fundit të detit, lëngjet hidrotermale të nxehta deri në 662 gradë Fahrenheit (350 Celsius) përzihen me ujërat e ftohta të detit në çarje dhe pore të shkëmbit. Përzierja e lëngut hidrotermal dhe ujit të detit krijon kushtet ideale të temperaturës dhe kimike që termofilët kanë nevojë për të jetuar dhe për t'u rritur.

Kur nëndetëset kthehen në anije, shkencëtarët – duke përfshirë ekipin tim të kërkimit – fillojnë të analizojnë kiminë, mineralet dhe materialet organike si ADN-ja në ujin dhe shkëmbinjtë e mbledhur.

Këto mostra përmbajnë mikrobet e gjalla që ne mund t'i kultivojmë, kështu që ne rritim mikrobet që na interesojnë për studim gjatë qëndrimit tonë në anije. Mostrat ofrojnë një pamje të shkurtër se si jetojnë dhe rriten mikrobet në mjedisin e tyre natyror.

Thermofilet në laborator

Kthehem në laboratorin tim në Amherst, ku ekipi im i kërkimit izoloni mikrobet e reja nga mostrat e shpimit hidrotermal dhe i rritin ato nën kushte që imitojnë ato që përjetojnë në natyrë. Ne i ushqejmë ato me kimikate vullkanike si hidrogjen, dioksid karboni, squfur dhe hekuri dhe matim aftësinë e tyre për të prodhuar përbërje si metan, sulfidi i hidrogjenit dhe minerali magnetik magnetit.

Oksigjeni zakonisht është vdekjeprurës për këta organizma, prandaj i rritim ata në fluid sintetik hidrotermal dhe në tubë të mbyllura ose në bioreaktorë të mëdhenj pa oksigjen. Në këtë mënyrë, ne mund të kontrollojmë temperaturën dhe kushtet kimike që ata kanë nevojë për të rritur.

Nga këto eksperimente, kërkojmë shenja kimike që këta organizma prodhojnë dhe që mund të zbulojnë anijet kozmike ose instrumente që zbarkojnë në sipërfaqet jashtëtokësore.

Ne gjithashtu krijojmë modele kompjuterike që përshkruajnë më së miri mënyrën se si mendojmë se këta mikroorganizma rriten dhe konkurrojnë me organizma të tjerë në gërmuesit hidrotermal. Ne mund të zbatojmë këto modele në kushtet që mendojmë se ekzistonin në Tokën e hershme ose në botët oqeanike për të parë se si këta mikroorganizma mund të përballen në ato kushte.

Ne pastaj analizojmë proteinat nga termofilët që mbledhim për të kuptuar se si këto organizma funksionojnë dhe përshtaten me kushtet ndryshuese të mjedisit. E gjithë kjo informacion na udhëheq në kuptimin se si jeta mund të ekzistojë në mjedise ekstreme në dhe jashtë Tokës.

Përdorimet e termofilëve në bioteknologji

Përveç ofrimit të informacionit të dobishëm për shkencëtarët planetarë, kërkimi mbi termofilët ofron edhe përfitime të tjera. Shumë prej proteinave në termofilë janë të reja për shkencën dhe të dobishme për bioteknologjinë.

Shembulli më i mirë i kësaj është një enzimë e quajtur DNA polymerazë, e cila përdoret për të riprodhuar artificialisht ADN-në në laborator përmes reaksionit të zinxhirit të polymerazës. DNA polymerazë u përdor për herë të parë për reaksionin e zinxhirit të polymerazës dhe u pastrua nga bakteriumi termofil Thermus aquaticus në vitin 1976. Kjo enzimë duhet të jetë rezistente ndaj nxehtësisë që teknika e riprodhimit të funksionojë. Gjithçka nga renditja e gjeneve deri te diagnozat klinike, zgjidhja e krimeve, testet e gjenezës dhe inxhinieria gjenetike përdorin DNA polymerazën.

Laboratori ynë dhe të tjerë po eksplorojnë se si termofilët mund të përdoren për të degraduar mbeturinat dhe për të prodhuar produkte të dobishme për tregun. Disa prej këtyre organizmave rriten në mbeturina qumështi nga fermat e qumështit dhe ujërat e zeza të birrës – materiale që shkaktojnë vdekje peshqish dhe zona të vdekjes në liqene dhe gjire. Mikrobet më pas prodhojnë biohidrogjen nga mbetjet – një përbërës që mund të përdoret si një burim energjie.

Dritaret hidrotermale janë ndër mjediset më magjepsëse dhe të pazakonta në Tokë. Me to, dritare për jetën e parë në Tokë dhe përtej mund të gjenden në fund të oqeanëve tanë.