Zombiföld: mikrobák hihetetlen világa rejtőzködik több kilométerrel a Föld alatt
A New Scientist a Csendes-óceán déli részének üledéke alatt eltemetett, 2010-ben felfedezett mikroorganizmusok sorsa kapcsán Marvint, Douglas Adams Galaxis útikalauz stopposoknak című könyvének „paranoid androidját” idézte. "Az első tízmillió év volt a legrosszabb, majd még ennél is rosszabb a második tízmillió év. Egyáltalán nem élveztem a harmadikat sem. Utána hanyatlásnak indultam”. Az említett mikrobák már közel 100 millió éve ott senyvedtek – és még mindig élnek. Igaz, hogy anyagcseréjük a végsőkig lelassult, és megmaradt energiájuk éppen csak az életben maradáshoz elegendő. „Lélegeznek” – mondta az őket felfedező Steven D’Hondt, a Rhode Island-i egyetem kutatója.
Az ősi, „zombi-mikrobáknak” mélyen a Föld felszíne alatti jelenléte egyáltalán nem lepte meg a kutatókat. Bárhol fúrunk a bolygónkon, életet találunk. És nemcsak ilyen élőhalottakat. A föld alatti élet gazdag, dinamikus és nagyon különös. Igen fontos dolgokat adhat hozzá az életről alkotott felfogásunkhoz, nemcsak a Föld, hanem más bolygók esetében is.
Évszázadokon át senki sem hitte volna, hogy a Föld kérge nem élettelen kőréteg. Az első ennek ellenkezőjére való utalás 1926-ban érkezett, amikor geológusok vizet szivattyúztak ki olajkutakból közel 600 méteres mélységből, és abban úszó baktériumokat fedeztek fel. A nagy felfedezést azonban elvetették, közönséges szennyezésnek tekintették. A mélységi élettel szembeni megközelítés 1977-ben változott meg, amikor egy amerikai kutató tengeralattjáró fedélzetén dolgozó tudósok hidrotermikus hasadékokat fedeztek fel a Csendes-óceán talajában. Ezekben a „fekete kéményekben” hemzsegett a föld alól áramló vegyi energia által táplált élet.
E felfedezések nyomán Thomas Gold asztrofizikus 1992-ben megjelentette A mély, forró bioszféra (The deep, hot biosphere) című tanulmányát. Azzal érvelt, hogy az ilyen energiaforrásoknak nem a hasadékok a határai, és hogy a Föld felszín alatti rétege tele lehet mikrobákkal, amelyek a sziklák közötti pórusokban élnek.
Gold szerint e bioszféra mérete legalább akkora lehet, mint a felszíni élet, és „az ilyen organizmusok elterjedtek lehetnek naprendszerünk bolygótestjei között.”
Negyedszázaddal később Gold elmélete beigazolódott, legalábbis ami a Földet illeti. A szárazföldi és tengeri fúrások, a mélységi bányák, és az óceáni hasadékok tanulmányozása megerősítette a lenyűgöző méretű és sokféleségű mély bioszféra létezését.
„Egy egész élő birodalom létezik a lábunk alatt – mondja Robert Hazen, a washingtoni Carnegie tudományos intézet Deep Carbon obszervatóriumának igazgatója – egy hatalmas bioszféra, amely nemcsak azért láthatatlan, mert mikroszkopikus, hanem azért is, mert szó szerint sziklába ágyazott.”
Clara Magnabosco, a New York-i Flatiron intézet mélységi élet-kutatója nemrégiben több száz tanulmány adatait gyűjtötte össze, hogy megbecsülhesse a mély bioszféra méreteit.
Elképesztő eredményre jutott: mérete kétszer akkora, mint az összes óceáné együttvéve, mintegy 2 milliárd köbméter, és mintegy 1030 mikrobasejtet tartalmaz - a Föld teljes mikroba-életének 70%-át alkotja. A kutató felhívta a figyelmet arra, hogy még a több mint 4 km mélységű fúrásoknál sem találtak a tudósok egyetlen steril sziklát.
A mély bioszféra azonban továbbra is nagyrészt ismeretlen marad, mivel a szinte lehetetlen megközelítés miatt nagyon kevés mintát tudnak felszínre hozni belőle. Mindazonáltal a fúrás-technológia fejlődésével, és DNS-ekből való következtetések révén lassan mégis fény derülhet „a földalatti Galapagosra”.
A mélységi élet túlnyomó része egyszerű, egysejtű organizmusokból áll, főleg baktériumok és archeónok (ősbaktériumok), de akad néhány gomba is, amelyek a szikla pórusaiban vagy repedéseiben élnek. Előfordul néhány többsejtű állat is. Többségüket azonban még azonosítani kell. Annyit tudunk már, hogy ez a bioszféra az egész Földet behálózza a szárazföldek és az óceánok alatt egyaránt. Néhány méterrel a felszín alatt kezdődik és egyre lejjebb, lejjebb megy.
Magnabosco tanulmányában a legmélyebbről származó élő biológiai mintákat közel 5 km-ről hozták fel Kínában, illetve Svédországban. Mindenki egyetért abban, hogy valahol kell lennie egy végpontnak, de egyelőre senki sem tudja, hogy ez hol lehet. Karen Lloyd, a Tennessee Egyetem geomikrobiológusa szerint e korlátot jelentheti a magas hőmérséklet, vagy a nagy nyomás, amely alatt a molekulák szétesnek.
A hőség tűnik e téren a legfőbb korlátozó tényezőnek. A kontinentális kéreg minden újabb kilométerrel átlag 25 Celsius fokkal nő. Az óceáni kéregnél ugyanez a növekedés 15 Celsius fokos. Ez gyorsan túllépi a többsejtű organizmusok hőtűrésfokát, a mikrobákat azonban keményebb anyagból gyúrták. Vannak olyanok, amelyek a 100 fokot is kibírják, és ott, ahol a magas nyomás megakadályozza, hogy a víz felforrjon, még ennél is többet. A jelenlegi csúcstartó a Methanopyrus kandleri archeón, amely 110 fokon él a Kaliforniai-öböl hidrotermális hasadékaiban, és amelyet laboratóriumban 122 fokon tenyésztettek ki. Hazen feltételezi, hogy a földkéreg mélyén, rendkívüli nyomások alatt a mikroorganizmusok akár 150 Celsius fokot is képesek túlélni.
Ennek függvényében az élet elméleti határa 6 km körül lehet a szárazföld, és 10 km-nél az óceánok alatt. De még ez sem biztos, mert Magnabosco szerint vannak a földkéregnek olyan tömör, ősi részei, ahol a hőség csak 23 km-es mélységben éri el a 122 fokot. Odáig azonban még sosem fúrtak le.
A legmélyebb lyukat a Kola-félszigeten vájták a földkéregbe. A norvég határ közelében fekvő területen 1970-ben kezdték el a fúrást a szovjet tudósok, és 15 km mélyre akartak lehatolni. Közel 20 évig tartottak a munkálatok, de 12.262 méternél a vártnál magasabb hőmérséklet miatt kénytelenek voltak megállni.
A föld alatti életnek nem csupán a hőmérséklet és nagy nyomás jelent nagy kihívást, hanem az energia is. A felszíni élet két alapvető jellemzője, a fotoszintézis és a heterotrófia – a szerves anyagokkal való táplálkozás – a fényhez, illetve más szerves anyaghoz vagy oxigénhez kötődik. Mélyen a felszín alatt ezekhez ritkán jutnak hozzá. Ezért a mikroorganizmusoknak ki kell nyitniuk az anyagcsere-trükkök tárházát.
