Το Halicephalobus mephisto που εντοπίστηκε σε βάθος 1,3 χιλιομέτρων μέσα σε χρυσωρυχείο της Νότιας Αφρικής, ανατρέπει όσα γνωρίζαμε για τα όρια της ζωής
Η ανακάλυψή του άλλαξε ριζικά όσα γνωρίζαμε για τα όρια της ζωής στον πλανήτη, αποδεικνύοντας ότι ακόμη και σύνθετοι οργανισμοί μπορούν να επιβιώσουν χωρίς τον Ήλιο. Παράλληλα, ανοίγει νέα πεδία έρευνας για την προέλευση της ζωής στη Γη, αλλά και για την πιθανή ύπαρξή της κάτω από την επιφάνεια άλλων πλανητών.
Το «σκουλήκι του διαβόλου», παρότι είναι μικροσκοπικό είναι ιδιαίτερα μεγάλο μέσα στο… λιλιπούτειο οικοσύστημα. Όταν πεθαίνει μέσα στη γλοιώδη μικροβιακή μεμβράνη που αναπτύσσεται πάνω στον βράχο, οι επιστήμονες εκτιμούν ότι το σώμα του καταναλώνεται από βακτήρια και άλλες μορφές ζωής, συμβάλλοντας στην τροφοδότηση αυτού του παράξενου κύκλου ζωής, σύμφωνα με το BBC.
Πριν από τη δεκαετία του 1980, οι περισσότεροι βιολόγοι δεν πίστευαν ότι υπήρχε ζωή σε βάθος μεγαλύτερο από περίπου 30 εκατοστά κάτω από το έδαφος. Η ανίχνευση βακτηρίων που ζουν σε μεγάλα βάθη -και η ανακάλυψη του «σκουληκιού του διαβόλου» το 2011- αντιπροσώπευσαν μια μεταβολή στην κατανόησή μας για τα βάθη της Γης.
Η ιστορία του σκουληκιού δείχνει πώς η ζωή βρίσκει τρόπο να επιβιώσει χωρίς την ενέργεια του Ήλιου, διευρύνοντας ριζικά όσα οι επιστήμονες θεωρούσαν δυνατά για τους ζωντανούς οργανισμούς και πυροδοτώντας νέες ιδέες σχετικά με την προέλευση και το μέλλον της ζωής. «Αν μπορείς να βρεις ένα σκουλήκι εκεί κάτω, τι άλλο μπορεί να μας διαφεύγει;» αναρωτιέται η γεωμικροβιολόγος Κάρεν Λόιντ από το Πανεπιστήμιο της Νότιας Καλιφόρνιας.
Χάρη σε μια αλληλουχία γεγονότων, οι επιστήμονες κατάφεραν να αποκτήσουν απογόνους από το «σκουλήκι του διαβόλου» και μελετούν τους μελετούν, προκειμένου να κατανοήσουν πώς το είδος επιβιώνει στα θερμά και σκοτεινά βάθη της Γης.
Η βαθιά βιόσφαιρα και τα σκουλήκια που επιβίωσαν της συντριβής του Columbia
Οι πρώτες αναφορές για ζωή βαθιά κάτω από την επιφάνεια της Γης εμφανίστηκαν τη δεκαετία του 1990. Το 1997, βρέθηκαν βακτήρια σε βάθος έως και 2,8 χιλιομέτρων, μέσα σε μια γεώτρηση φυσικού αερίου. Στις αρχές της δεκαετίας του 2000, ο βιολόγος σκουληκιών Γκαετάν Μποργκονί, ο οποίος ίδρυσε στο Βέλγιο το μη κερδοσκοπικό ερευνητικό ινστιτούτο Extreme Life Isyensya, αναρωτήθηκε αν μια ομάδα μικρών σκουληκιών, γνωστών ως νηματώδεις, θα μπορούσε να υπάρχει βαθιά κάτω από το έδαφος.
Ο Μποργκονί θυμάται παλαιότερους επιστήμονες να χλευάζουν την ιδέα ότι πιο σύνθετες μορφές ζωής θα μπορούσαν να υπάρχουν στα βάθη της Γης. Όμως ο ίδιος, γνωρίζοντας πόσο ανθεκτικά είναι αυτά τα ζώα, θεώρησε ότι άξιζε να το διερευνήσει. Εξάλλου, όταν το διαστημικό λεωφορείο Columbia διαλύθηκε στην ατμόσφαιρα το 2003 και ένα πείραμα με νηματώδεις που βρισκόταν στο σκάφος έπεσε από ύψος 64 χιλιομέτρων στο έδαφος, τα ζώα επέζησαν και βρέθηκαν να πολλαπλασιάζονται κανονικά.
Το 2008, ο Μποργκονί συνεργάστηκε με άλλους ειδικούς στη ζωή σε ακραία περιβάλλοντα για να επισκεφθεί το χρυσωρυχείο Μπέατριξ στη Νότια Αφρική. Σε βάθος 1,3 χιλιομέτρων, η ομάδα απέκτησε πρόσβαση σε οπές που είχαν διανοιχτεί στα τοιχώματα του ορυχείου, ώστε να αντληθεί το νερό θερμοκρασίας περίπου 37 βαθμών Κελσίου που βρισκόταν μέσα στο πέτρωμα και να περάσει μέσα από φίλτρα σχεδιασμένα να συγκρατούν μικρές μορφές ζωής, όπως θυμάται ο Μποργκονί. Αφού φιλτράρισαν περισσότερα από 6.000 λίτρα νερού, συνέλεξαν ένα μικροσκοπικό σκουλήκι.
Σε δύο άλλα ορυχεία της Νότιας Αφρικής, φιλτράρισαν ακόμη μεγαλύτερες ποσότητες νερού και βρήκαν λίγα διαφορετικά είδη σκουλικιών, μαζί με ορισμένα άλλα ασπόνδυλα, μύκητες και αρκετές μορφές ζωής. «Δεν περίμενα ποτέ ότι θα έβρισκα έναν ολόκληρο ζωολογικό κήπο», λέει ο Μποργκονί. Τα περισσότερα από τα είδη είναι γνωστά και από περιβάλλοντα της επιφάνειας, όμως το σκουλήκι από το ορυχείο Μπέατριξ -του οποίου η ουρά είχε σπάσει κατά τη διαδικασία φιλτραρίσματος- ανήκε σε ένα είδος που ο Μποργκονί δεν αναγνώριζε. Το 2011, ανακοίνωσαν ότι ήταν νέο για την επιστήμη και του έδωσαν το όνομα Halicephalobus mephisto.
«Ήταν το σκουλήκι που επέζησε. Σαν τον Χάρι Πότερ», σχολιάζει ο Τζον Μπραχτ, ερευνητής γονιδιωματικής στο Πανεπιστήμιο της Ουάσινγκτον. Ορισμένοι από τους απογόνους του σκουληκιού κατέληξαν στο εργαστήριο του Μπραχτ, όπου εκτρέφονται υπό παρόμοιες συνθήκες με εκείνες που χρησιμοποιούνται για τον συγγενή του «σκουληκιού του διαβόλου», το Caenorhabditis elegans, ένα είδος νηματώδους που έχει μελετηθεί εκτενώς και ζει πάνω σε σάπια φρούτα. Υπάρχουν, ωστόσο, ορισμένες διαφορές: το mephisto δεν κολυμπά στο νερό, αλλά προσκολλάται στα τοιχώματα ενός πλαστικού σωλήνα, μια ικανότητα που πιθανότατα το βοηθά να αγκιστρώνεται στα υπόγεια πετρώματα.
Προφανώς δεν προτιμούν την τροφή του Caenorhabditis elegans -το βακτήριο E. coli-, καθώς τα «σκουλήκια του διαβόλου» κινούνται προς άλλα βακτήρια που καταλήγουν στα τρυβλία Πέτρι και σχηματίζουν εκεί αποικίες.
Το σημαντικό είναι ότι το mephisto δεν τα πηγαίνει καλά σε θερμοκρασία δωματίου. Στους 20 βαθμούς Κελσίου, η ανάπτυξή του επιβραδύνεται και χρειάζεται οκτώ ημέρες για να ολοκληρώσει τον κύκλο ζωής του. Προτιμά θερμοκρασίες 37 βαθμών – συνθήκες που συνήθως σκοτώνουν το Caenorhabditis elegans, αλλά στις οποίες το mephisto αναπαράγεται χωρίς πρόβλημα κάθε δύο ημέρες.
Προσαρμογή και ανθεκτικότητα
Είναι δύσκολο να μελετήσει κανείς ένα είδος εξετάζοντας τους απογόνους ενός και μόνο ατόμου, ιδιαίτερα όταν αυτοί βρίσκονται μακριά από το φυσικό τους περιβάλλον εδώ και μεγάλο χρονικό διάστημα. Ωστόσο, ο Μπραχτ έχει εντοπίσει ενδείξεις για τον τρόπο με τον οποίο το σκουλήκι επιβιώνει βαθιά κάτω από το έδαφος.
Όταν ο ίδιος και οι συνεργάτες του αλληλούχησαν το DNA του mephisto το 2019, ανακάλυψαν ασυνήθιστα μεγάλο αριθμό γονιδίων που παράγουν πρωτεΐνες θερμικού σοκ, μόρια που προστατεύουν άλλες πρωτεΐνες από τις βλάβες που προκαλούνται από ακραίες θερμοκρασίες.
Πιο πρόσφατα, το 2024, η ομάδα του Μπραχτ εξέτασε προσεκτικά ένα άλλο μόριο, που ονομάζεται οξειδάση του κυτοχρώματος c (σύμπλοκο IV) , ένα βασικό συστατικό της διαδικασίας κατανάλωσης οξυγόνου και αξιοποίησής του για την παραγωγή της ενέργειας που απαιτείται για τη διατήρηση της ζωής.
Μέσα από μια σειρά πειραμάτων, ο Μπραχτ διαπίστωσε ότι η οξειδάση του κυτοχρώματος c του mephisto λειτουργεί μόνο σε υψηλές θερμοκρασίες. Σε θερμοκρασία δωματίου, το μόριο απενεργοποιείται, επιβραδύνοντας την παραγωγή ενέργειας – γεγονός που εξηγεί γιατί τα σκουλήκια είναι τόσο νωθρά υπό αυτές τις συνθήκες.
Ο Μπραχτ διατυπώνει την υπόθεση ότι αυτός ο μηχανισμός «απενεργοποίησης» θα μπορούσε να αποτελεί τακτική επιβίωσης. «Εξασφαλίζουν ότι αναπαράγονται περισσότερο στο καλύτερο περιβάλλον, το οποίο θα ήταν το θερμότερο», λέει.
Ο Μπραχτ μελετά επί του παρόντος κατά πόσο η στρατηγική παρθενογενετικής αναπαραγωγής του «σκουληκιού του διαβόλου» αποτελεί επίσης εργαλείο επιβίωσης. Επειδή τα «σκουλήκια του διαβόλου» ενδέχεται να μη συναντούν συχνά άλλα άτομα του είδους τους στις απέραντες εκτάσεις του υπόγειου κόσμου, αυτό το είδος αναπαραγωγής μπορεί ορισμένες φορές να είναι ο μοναδικός τρόπος για να αποκτήσουν απογόνους.
Ωστόσο, θεωρείται ότι η συγκεκριμένη αναπαραγωγή έχει ένα τίμημα, καθώς δεν δημιουργεί την υγιή γενετική ποικιλότητα που προκύπτει από την ανάμειξη γενετικού υλικού όταν αρσενικά και θηλυκά ζευγαρώνουν – γι’ αυτό και πολλοί επιστήμονες θεωρούν ότι τα είδη που αναπαράγονται παρθενογενετικά είναι καταδικασμένα σε εξαφάνιση.
Ίσως να υπάρχουν αρσενικά «σκουλήκια του διαβόλου» αλλά να μην έχουν ακόμη ανακαλυφθεί, εικάζει ο Μπραχτ. Σε κάθε περίπτωση, τα σκουλήκια δείχνουν πόσο προσαρμοστικοί είναι οι νηματώδεις. «Οπουδήποτε υπάρχει μια πηγή τροφής και η δυνατότητα να φτάσουν εκεί ζώα, οι νηματώδεις θα εξελιχθούν ώστε να καταλάβουν αυτή την οικολογική θέση», αναφέρει.
Ανθεκτικότητα στα βάθη της Γης
Παραμένει μυστήριο το πώς αυτές οι μορφές ζωής έφτασαν εκεί. Έρευνα του Μποργκονί και της γεωβιολόγου Κάρα Μαγκναμπόσκο υποδηλώνει ότι τουλάχιστον ορισμένοι νηματώδεις μετακινούνται προς τα κάτω από περιβάλλοντα της επιφάνειας μέσω του νερού, ίσως με τη βοήθεια των δονήσεων που προκαλεί η σεισμική δραστηριότητα. Έτσι, ορισμένα είδη επιβιώνουν, ενώ άλλα πεθαίνουν. «Πρέπει να υπάρχει κάποια σύνδεση και κάποιος μηχανισμός μεταφοράς τους από την επιφάνεια προς αυτό το βαθύ περιβάλλον», λέει η Μαγκναμπόσκο.
Οι ερευνητές εκτιμούν ότι τα μικρόβια της βαθιάς βιόσφαιρας αποτελούν ένα σημαντικό μέρος της ζωής στον πλανήτη, αντιπροσωπεύοντας το 12% έως 20% της συνολικής βιομάζας των μικροβίων της Γης. Αυτά τα υπόγεια βακτήρια -τα οποία έχουν εξελίξει πολύπλοκες στρατηγικές για να αντλούν άνθρακα και ενέργεια από τον σκοτεινό κόσμο γύρω τους- πιθανότατα διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην υποστήριξη πιο σύνθετων μορφών ζωής, όπως οι νηματώδεις.
Δεν παρέχουν μόνο τροφή, αλλά μπορεί επίσης να παράγουν μικρές ποσότητες οξυγόνου, τις οποίες χρειάζονται οι νηματώδεις που ζουν σε μεγάλα βάθη, λέει η Κάρεν Λόιντ. Και, επηρεάζοντας τα επίπεδα οξύτητας μέσα σε βαθιές υδάτινες κοιλότητες, «μπορούν να συμβάλουν στη δημιουργία ενός ευνοϊκού περιβάλλοντος, μέσα στο οποίο μπορούν να αναπτυχθούν μεγαλύτεροι οργανισμοί». Τα ασπόνδυλα, με τη σειρά τους, παρέχουν τροφή στα μικρόβια: άζωτο όταν αφοδεύουν και άνθρακα από το σώμα τους όταν πεθαίνουν, προσθέτει ο Μποργκονί.
Τέτοια οικοσυστήματα του υπόγειου κόσμου μπορεί να ευδοκιμούν εδώ και αιώνες. Έρευνα της Μάγκι Λάου, από το Ινστιτούτο Επιστήμης και Μηχανικής Βαθέων Θαλασσών της Κίνας και των συνεργατών της, εντόπισε στοιχεία που δείχνουν ότι ένα είδος βακτηρίου που ζει σε μεγάλα βάθη ενδέχεται να βρίσκεται στον φλοιό της Γης από τη διάσπαση της Παγγαίας, η οποία άρχισε πριν από περίπου 165 εκατομμύρια χρόνια, την εποχή που οι δεινόσαυροι περιπλανιούνταν στον πλανήτη.
«Ως άνθρωποι πιστεύουμε ότι κυβερνάμε τον κόσμο, όμως δεν τον κυβερνάμε»
Το «σκουλήκι του διαβόλου» και οι συγγενείς του στα βάθη της Γης ενδέχεται να συγκαταλέγονται στις πιο ανθεκτικές μορφές ζωής του πλανήτη. Η μελέτη της βαθιάς βιόσφαιρας, λένε οι ειδικοί, θα μπορούσε να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε καλύτερα τις συνθήκες κάτω από τις οποίες εμφανίστηκαν για πρώτη φορά οι ζωντανοί οργανισμοί, αλλά και να συμβάλει στις έρευνες για εξωγήινη ζωή.
Και αν ένας αστεροειδής ικανός να εξαλείψει τη ζωή χτυπούσε τη Γη και αποστείρωνε την επιφάνειά της, η ζωή θα μπορούσε να αναδυθεί ξανά από τους μικροοργανισμούς που κατοικούν στα έγκατά της.
«Ως άνθρωποι πιστεύουμε ότι κυβερνάμε τον κόσμο, όμως δεν τον κυβερνάμε», λέει η βιοχημικός Έστα βαν Χέερντεν, επικεφαλής περιβαλλοντική επιστήμονας στη νοτιοαφρικανική εταιρεία βιοαποκατάστασης iWater, η οποία συμμετείχε στην ομάδα που ανακάλυψε το «σκουλήκι του διαβόλου»: «Για εμένα, ήταν μια εμπειρία που με γέμισε ταπεινότητα. Κατανόησα ότι βρίσκονται εδώ, εδώ και εκατομμύρια αν όχι δισεκατομμύρια χρόνια και ότι θα παραμείνουν εδώ για πολύ, πολύ καιρό αφότου εμείς θα έχουμε εξαφανιστεί».
