Живот во екстремни услови

Науката познава три основни предуслови за појава на живот – вода во течна состојба, присуство на основни хемиски елементи (јаглерод, водород, кислород, азот) и постојан извор на енергија (Слика 1). Достапноста на хемиска или светлосна енергија е критичен фактор во оваа равенка. Без енергија, основните биолошки процеси (како метаболизaм и репродукција) не можат да се одвиваат, дури ни во присуство на вода и хемиски елементи. “Следи ја енергијата” станува широко прифатена мантра кога се работи за потрага по живот надвор од нашата планета.

Слика 1. Трите услови за постанок на живот: вода во течна состојба, основни хемиски елементи и достапна енергија. Месечината Европа ги поседува сите овие услови (адаптирано од 1).
Слика 1. Трите услови за постанок на живот: вода во течна состојба, основни хемиски елементи и достапна енергија. Месечината Европа ги поседува сите овие услови (адаптирано од [1]).

Но, каде да почнеме со оваа потрага? Европа, една од месечините на Јупитер, е одличен кандидат (Слика 2А). Европа поседува релативно тенок површински слој на мраз (1–20 километри), под кој се наоѓа океан од течна вода со просечна температура од ~0°C и морско дно составено од карпи богати со органски супстанци. На површината доминираат разни органски соединенија на база на сулфур како сулфати (SO4-), сулфур диоксид (SO2), железо сулфид (FeS2) и елементарен сулфур (S). Енергијата за овој хемиски циклус доаѓа од радијација и од геотермалните вулкани на дното на океанот (Слика 2Б) [1]. Иако на прв поглед оваа животна средина ги исполнува трите основни предуслови за појава на живот (Слика 1), воопшто не наликува на планетата Земја. Какви организми би можеле да опстојуваат во вакви непогодни услови? Како би изгледале вонземјаните?

Слика 2. Споредба на месечината Европа со замрзнатото езеро Восток. А) Месечината Европа и површинскиот слој на мраз. Б) Условите на Европа. В) Езерото Восток. Г) Условите на Восток (превземено и адаптирано од 4)
Слика 2. Споредба на месечината Европа со замрзнатото езеро Восток. А) Месечината Европа и површинскиот слој на мраз. Б) Условите на Европа. В) Езерото Восток. Г) Условите на Восток (превземено и адаптирано од [2])

Одговорот на ова прашање можеме да го најдеме на самата Земја. На Антартикот има неколку езерски системи прекриени со мраз во текот на целата година кои се одличен систем за проучување на еволуцијата во студени и темни животни средини, слични на оние кои владеат на месечината Европа. Најголемо е езерото Восток – трето во светот по длабочина (1000 метри) и шесто по количина на вода (5400 км3) (Слика 2В). Ова езеро лежи под слој од мраз со дебелина од 4 километри, додека водата останува во течна состојба под влијание на геотермална енергија на дното (Слика 2Г). Поради замрзнатиот површински слој, езерото Восток е целосно изолирано од атмосферата, океанот и останатите езера повеќе од 15 милиони години [3]. Неверојатно, но оваа средина изобилува со живот. Ендемските микроорганизми коишто се откриени во езерото Восток им припаѓаат на видовите на α-, β-, и γ-протеобактерии и актинобактерии, кои наместо кислород користат сулфур и железо за вршење на метаболички функции. Но, за разлика од слични видови од умерени средини, овие организми се високо специјализирани за живот во постојано студени услови – поседуваат уникатни ензими кои функционираат на ниски температури, клеточни мембрани со низок вискозитет кои не замрзнуваат под 0°C, и таканаречени антифриз протеини кои ги заштитуваат од мраз [4].

Научните студии за метаболизмот на микроорганизмите од езерото Восток не само што ни нудат основа за поставување на хипотези за тоа како би изгледале организмите на месечината Европа, туку можеме да утврдиме и претпоставки за органските “отпечатоци” коишто овие организми би ги оставиле врз својата животна средина [1]. Идните вселенски мисии ќе се концентрираат на пронаоѓање резервоари од овие хемиски соединенија на површината на Европа (во присуство на кислород – Равенка 1), како и под нејзината површина (без кислород – Равенка 2). Овие мисии ќе помогнат да го потврдиме присуството на животни форми, па дури и да изградиме стратегии за нивна изолација и култивација.

Равенка 1: 4FeS2 + 15O2 + 14H2O ↔ 16H+ + 8SO42- + 4Fe(OH3)

Метаболизам на бактерии на површината на езерото Восток во присуство на кислород


Равенка 2: FeS2 + 14Fe3+ + 8H2O ↔ 15Fe2+ + 2SO42- + 16H+

Метаболизам на бактерии под површината на езерото Восток без кислород

Пронаоѓањето на живот надвор од нашата планета до скоро се сметаше за ексклузивно поле на научната фантастика, но со напредокот на науката тоа сега станува дофатлива реалност. Американската вселенска агенција НАСА планира мисија до месечината Европа (Europa multiple – flyby mission) со орбитер кој ќе врши геолошка и хемиска анализа од далечина, но уште повозбудлива е опцијата за лендер кој би анализирал физички примероци од замрзнатата површина и од потповршинскиот океан. Овој лендер би слетал во една од многубројните фрактури на површината на Европа, каде што течната океанска вода избива на самата површина [2]. Како и да е, ова не е игра за нестрпливите – лансирањето е планирано за далечната 2025 година, а првите резултати се очекуваат дури по неколку години. До тогаш ни останува да го проучуваме езерото Восток и да го гледаме научно фантастичниот филм Europa report.


Нови термини:

Геотермална енергија – енергија која потекнува од самата планета. Оваа енергија е последица на радијација од планетарното јадро и од самиот настанок на планетата.

Актинобактерии и протеобактерии – припадници на царството бактерии. Овие бактериски групи содржат водни и копнени видови, и може да се пронајдат во најразлични животни средини. Поважни видови од оваа група се Escherichia, Salmonella, Pseudomonas и Helicobacter.

Клеточни мембрани со низок вискозитет – мембрани кои содржат висок процент на незаситени масни киселни. Нивниот состав придонесува да останат во функционална состојба на ниски температури.

Антифриз протеини – класа на протеини кои се поврзуваат со кристали од мраз и го инхибираат замрзнувањето на вода во клетките.


  1. Chybam C.F., & Phillips, C.B. (2001) Possible ecosystems and the search for life on Europa. PNAS USA 98:801–804. http://www.pnas.org/content/98/3/801.full  ↩
  2. NASA: Mission to Europa. http://www.nasa.gov/europa  ↩
  3. Priscu, J.C., Tulaczyk, S., Studinger, M., Kennicutt II, M.C., Christner, B.C., & Foreman, C.M. (2008) Antarctic subglacial water: origin, evolution and ecology. In W. Vincent & J. Laybourn-Parry (ed.), Polar Lakes and Rivers. Oxford University Press, Oxford. http://www.montana.edu/priscu/documents/Publications/PriscuEtAl2008AntSubWater.pdf  ↩
  4. Margesin, R., Neuner, G., & Storey, K.B. (2007) Cold-loving microbes, plants and animals – fundamental and applied aspects. Naturwissenschaften 94:77–99. http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00114–006–0162–6  ↩
Ознаки: , , , , , ,

Споделете ја содржината на социјалните мрежи!

Слични написи:

Напишете коментар

Вашата адреса за е-пошта нема да биде објавена. Задолжителните полиња се означени со *

Пополнете го ова поле
Пополнете го ова поле
Ве молам, внесете валидна адреса за е-пошта.

Мени

Споделете со пријателите