Τι μας αποκαλύπτουν οι αρχέγονοι μονοκύτταροι οργανισμοί για την εμφάνιση της ζωής στη Γη
Δεν γνωρίζουμε πώς εμφανίστηκε η ζωή πάνω στη Γη ούτε πώς δημιουργήθηκαν τα πρώτα έμβια όντα. Πιθανότατα, ωστόσο, να έμοιαζαν με τους «πρωτόγονους» μονοκύτταρους οργανισμούς που ζουν σήμερα μέσα στα κοχλάζοντα θειούχα νερά διαφόρων θερμοπιδάκων (γκέιζερ), καθώς και σε υποθαλάσσιες ρωγμές του γήινου φλοιού.
«Από πού ερχόμαστε;».
Αυτή η ερώτηση ταλανίζει τους ανθρώπους εδώ και αιώνες, εντούτοις για πάρα πολλά χρόνια απάντηση μπορούσαν να δώσουν μόνον οι μύθοι και τα ιερά βιβλία. Όταν όμως οι βιολόγοι άρχισαν να μελετούν με προσοχή την τεράστια ποικιλία της ζωής στη Γη, διαπίστωσαν ότι αυτή δεν ήταν κάτι που είχε δημιουργηθεί άπαξ διά παντός, αλλά ότι διάφορες μορφές ζωής μετατρέπονταν διαρκώς σε νέες.
Σ’ αυτό το φυλογενετικό δέντρο των έμβιων όντων εμείς οι άνθρωποι δεν είμαστε παρά ένα μικρό κλαδάκι, που μάλιστα εμφανίστηκε σχετικά αργά. Μέχρι πού φτάνουν άραγε οι «ρίζες» αυτού του δέντρου; Και πώς να ξεκίνησε η ζωή στη Γη;
Αυτές τις ερωτήσεις μάλλον δεν θα καταφέρουμε ποτέ να τις απαντήσουμε με απόλυτη βεβαιότητα. Ωστόσο, είμαστε σε θέση να γνωρίζουμε ότι ζωή εμφανίστηκε στον πλανήτη μας λίγο μετά τη δημιουργία του. Κι ακόμη, ότι λίγο πιο πριν, ένας πλανήτης που είχε ξεφύγει από την τροχιά του είχε συγκρουστεί βίαια με τη Γη, μετατρέποντάς τη σε μια λευκή φλεγόμενη σφαίρα. Από ένα κομμάτι της Γης που αποσπάστηκε από τη σφοδρή αυτή σύγκρουση γεννήθηκε η Σελήνη.
Στα επόμενα εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια, μετεωρίτες έπεφταν πάνω στη Γη με τρομακτική ορμή, σφυρηλατώντας στην επιφάνειά της αμέτρητους κρατήρες. Οι περισσότεροι απ’ αυτούς ισοπεδώθηκαν με το πέρασμα του χρόνου. Όταν πριν από 3,6 με 3,8 δισεκατομμύρια χρόνια επικράτησε επιτέλους ηρεμία, η ζωή είχε ήδη αρχίσει να κάνει την εμφάνισή της.
Άραγε λειτούργησαν αυτοί οι κρατήρες ως ένα είδος τεράστιων δοκιμαστικών σωλήνων μέσα στους οποίους δημιουργήθηκε ζωή από ανόργανη ύλη; Και μήπως τελικά ο Παράδεισος των Πρωτοπλάστων έμοιαζε κάτω απ’ αυτές τις συνθήκες περισσότερο με την Κόλαση; Σε κάθε περίπτωση, είναι γεγονός ότι σήμερα οι πλέον αρχέγονοι από τους οργανισμούς που γνωρίζουμε ζουν στα κοχλάζοντα νερά θερμοπιδάκων (γκέιζερ) και σε θειοπηγές, καθώς και σε διάκενα σε βάθος χιλιομέτρων μέσα στη Γη.
Όμως ο πιο ακραίος βιότοπος τέτοιων αρχέγονων οργανισμών είναι ρωγμές στον πυθμένα της θάλασσας, από τις οποίες αναβλύζει καυτό νερό με θερμοκρασία που φτάνει τους 500 βαθμούς Κελσίου. Από την επαφή αυτού του νερού (που λόγω της υψηλής πίεσης δεν κοχλάζει) με το παγωμένο νερό του θαλάσσιου πυθμένα παράγονται μεταλλικά άλατα ευδιάλυτα στο νερό, τα οποία κινούνται προς τα πάνω σαν πυκνός καπνός, δίνοντας έτσι σ’ αυτές τις ρωγμές το όνομα «μαύροι καπνιστές» (black smokers). Μέσα σε τούτο το ανήλιαγο υπόγειο περιβάλλον, που το χαρακτηρίζουν πολύ υψηλές θερμοκρασίες και έντονη χημική δράση, συνωστίζονται οι πιο πρωτόγονοι και ανθεκτικοί μικροοργανισμοί απ’ όσους γνωρίζουμε μέχρι σήμερα.
Μερικοί απ’ αυτούς είναι πιο μικροί από το μήκος κύματος του πράσινου φωτός, άλλοι χρησιμοποιούν για τον μεταβολισμό τους το μέταλλο βολφράμιο, που πολύ σπάνια συναντάμε στα κύτταρα, πολλοί πολλαπλασιάζονται μόνο στους 100 βαθμούς Κελσίου, δραστηριότητα που σταματά όταν η θερμοκρασία πέσει κάτω από τους 80-90 βαθμούς Κελσίου, ενώ κάποιοι άλλοι μπορούν να επιζήσουν σε θερμοκρασίες έως και 130 βαθμών Κελσίου.
Και εδώ ακριβώς τίθεται ένα ερώτημα που παραμένει ακόμη αναπάντητο: γιατί οι πρωτεΐνες των οργανισμών αυτών αντέχουν τόσο πολύ στις υψηλές θερμοκρασίες παρότι είναι όμοιες με τις δικές μας; Στο μικροσκόπιο τούτοι οι οργανισμοί μοιάζουν με βακτήρια, στην πραγματικότητα όμως ελάχιστα κοινά στοιχεία έχουν μαζί τους.
Γι’ αυτό και τους ταξινομούμε φυλογενετικά στην κατηγορία των αρχαίων (άλλοτε τα ονομάζαμε αρχαιοβακτήρια). Το γενετικό τους υλικό μαρτυρεί ότι ανήκουν στο πιο χαμηλό κλαδί του φυλογενετικού δένδρου των οργανισμών. Προφανώς είναι οι πιο στενοί επιζώντες συγγενείς του άγνωστου πρωταρχικού έμβιου όντος από το οποίο προέρχονται όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί πάνω στον πλανήτη μας.
Ο μεταβολισμός αυτών των μονοκύτταρων οργανισμών παραπέμπει στην προέλευσή τους από ένα περιβάλλον αρχέγονο και ηφαιστειογενές. Πολλοί παίρνουν την ενέργεια που χρειάζονται για την επιβίωσή τους μέσα από γεωχημικούς μηχανισμούς, και όχι από το ηλιακό φως ή τη βιομάζα.
Σε αντίθεση δηλαδή με τα περισσότερα έμβια όντα σήμερα, δεν είναι παιδιά του φωτός, αλλά δημιουργήματα του «Κάτω Κόσμου». Τούτοι οι οργανισμοί ανακαλύφθηκαν στο χρυσωρυχείο Mponeng της Νότιας Αφρικής, ένα από τα βαθύτερα ορυχεία στον κόσμο, μέσα σε καυτό νερό ηλικίας 20 εκατομμυρίων ετών. Αυτοί οι κάτοικοι του Άδη χρησιμοποιούν ως πηγή ενέργειας αέριο υδρογόνο και θειούχα άλατα, από τα οποία παράγουν μια δύσοσμη χημική ένωση, το υδρόθειο.
Το αέριο υδρογόνο σχηματίζεται από τη δράση του καυτού νερού πάνω σε βασάλτη πλούσιο σε σίδηρο. Μπορούμε, λοιπόν, να πούμε πως η ζωή πάνω στη Γη «τρέφεται» με τον αέρα και το φως, ενώ η ζωή στο εσωτερικό της Γης «τρέφεται» με νερό και πετρώματα.
Παρόλο που αυτοί οι μονοκύτταροι οργανισμοί στα έγκατα της Γης δεν αντιμετωπίζουν εμφανώς έλλειψη πηγών ενέργειας, αυξάνονται δισεκατομμύρια φορές πιο αργά από τους περισσότερους άλλους μικροοργανισμούς. Φαίνεται ότι τους λείπει το άζωτο, στοιχείο απαραίτητο στην πορεία των βιολογικών διεργασιών, το οποίο είναι σπάνιο και στην επιφάνεια της Γης.
Πόσοι οργανισμοί «περιφέρονται» άραγε στα βάθη της Γης ή πάνω σε άλλους πλανήτες και φεγγάρια του ηλιακού μας συστήματος που σ’ εμάς παραμένουν άγνωστοι; Αν ποτέ ανακαλύψουμε ζωή σε άλλον πλανήτη του ηλιακού μας συστήματος, η πιθανότητα να μοιάζει σ’ αυτές τις μορφές ζωής τις οποίες συναντάμε σήμερα στα βάθη του γήινου φλοιού και στις ρωγμές των θαλάσσιων πυθμένων είναι αρκετά μεγάλη.
Συχνά λησμονούμε πόσο ατελής και διαφορετική από την πραγματικότητα είναι η εικόνα που σχηματίζουμε μέσα από τις αισθήσεις μας σχετικά με τη ζωή πάνω στη Γη. Συγκεκριμένα, πάνω από το μισό της ολικής βιομάζας του πλανήτη μας είναι βακτήρια και αρχαία, τα περισσότερα από τα οποία μας είναι ακόμη άγνωστα. Μέχρι σήμερα έχουμε ταυτοποιήσει λιγότερα από 10.000 είδη, δηλαδή ούτε το ένα χιλιοστό των 10 εκατομμυρίων ειδών που πιθανότατα υπάρχουν. Και ένα μόνο απ’ αυτά θα μπορούσε –με βάση τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του– να ανατρέψει πλήρως τις απόψεις μας για την εμφάνιση της ζωής πάνω στη Γη.
Το πόσο περιορισμένες είναι οι γνώσεις μας πάνω στο συγκεκριμένο θέμα το μαρτυρούν αδιάψευστα οι δειγματοληψίες μιας ομάδας αμερικανών βιολόγων που πραγματοποιήθηκαν στα νερά διαφόρων θαλάσσιων περιοχών της Γης κατά τη διάρκεια ενός διετούς εξερευνητικού ταξιδιού.
Το 2003, χρησιμοποιώντας μια ιδιωτική θαλαμηγό την οποία είχαν εξοπλίσει κατάλληλα, οι ερευνητές ξεκίνησαν το ταξίδι τους από το Χάλιφαξ στην ανατολική ακτή της Βόρειας Αμερικής και έφτασαν μέσω της Διώρυγας του Παναμά στον Ειρηνικό Ωκεανό. Από εκεί, περνώντας από τα νησιά Γκαλάπαγκος, έφτασαν μέχρι την Πολυνησία.
Στη διάρκεια του ταξιδιού τους συνέλεγαν δείγματα νερού κάθε 320 χιλιόμετρα και ανέλυαν το γενετικό υλικό των μικροοργανισμών κάθε δείγματος, εφαρμόζοντας μια μέθοδο ταυτοποίησης που είναι γρήγορη, ακριβής και δεν απαιτεί κοπιαστικές διαδικασίες για την καλλιέργεια των μικροοργανισμών. Το αποτέλεσμα ξάφνιασε ακόμα και τους ίδιους τους ερευνητές: σε θαλάσσιο νερό με όγκο όσο ένα κουτα-λάκι του γλυκού προσδιόρισαν εκατομμύρια βακτήρια, καθώς και 10πλάσιους έως 20πλάσιους ιούς βακτηρίων.
Η «λεία» αυτής της εξερευνητικής εξόρμησης ήταν ένας απίστευτα μεγάλος αριθμός από νέα γονίδια και είδη μικροοργανισμών. Και να φανταστεί κανείς ότι οι δειγματοληψίες προέρχονταν μόνον από την επιφάνεια της θάλασσας. Ποιος ξέρει άραγε τι μυστικά κρύβουν τα σκοτεινά βάθη των ωκεανών;
Σ’ ένα γράμμα του προς τον βοτανικό Joseph Hooker, ο Δαρβίνος διατύπωσε την υπόθεση ότι η ζωή θα μπορούσε να έχει αρχίσει από «μια μικρή ζεστή λιμνούλα». Μετριόφρων καθώς ήταν, συμπλήρωσε όμως το εξής:
«Προς το παρόν είναι τόσο ανόητο να κάνει κανείς υποθέσεις για την προέλευση της ζωής όσο θα ήταν το να κάνει υποθέσεις για την προέλευση της ύλης».
Ωστόσο, από τότε μέχρι σήμερα τολμήσαμε να καταπιαστούμε και με τα δύο, να ασχοληθούμε τόσο με την προέλευση της ζωής όσο και με την προέλευση της ύλης, καταφέρνοντας να αποκτήσουμε συγκλονιστικές γνώσεις για την προέλευση του σύμπαντος και του ανθρώπου. Μία απ’ αυτές τις γνώσεις είναι πως η «μικρή ζεστή λιμνούλα» του Δαρβίνου ήταν πιθανότατα ένας από τους κοχλάζοντες κρατήρες που αναφέρονται στην αρχή του κεφαλαίου και ότι η ζωή που δημιουργήθηκε εκεί μέσα προσαρμόστηκε κατά τη διάρκεια των δισεκατομμυρίων ετών που
ακολούθησαν, στις χαμηλότερες θερμοκρασίες μιας Γης που γινόταν ολοένα γηραιότερη.
ακολούθησαν, στις χαμηλότερες θερμοκρασίες μιας Γης που γινόταν ολοένα γηραιότερη.
Η ερώτηση «από πού ερχόμαστε;» εξακολουθεί να αναζητά ξεκάθαρη απάντηση. Ωστόσο, αυτό καθόλου δεν με στενοχωρεί. Γιατί ένας από τους λόγους που κάνουν τη ζωή τόσο συναρπαστική είναι κι ετούτος, ότι δηλαδή γνωρίζουμε ακόμη τόσο λίγα γι’ αυτήν…
Βιολογία, ένας κήπος γεμάτος θαύματα του Gottfried Schatz (Μετάφραση: Δήμητρα Τσαβάλου-Bill)
