מחקר חדש גילה חיידקים בסלעים שמתחת לקרקעית האוקיינוסים. סביבה זו דלה מאוד בחומרי מזון, אך החיידקים מצליחים להתקיים על כמויות זעירות של פחמן וחומרים אחרים המחלחלים עם מי הים אל תוך סדקים בסלע
מדבריות לוהטים, אגמים מלוחים, מעיינות מים רותחים – יצורים חיים מצליחים לחיות בכל המקומות האלה. יצורים המצליחים לחיות בתנאים קיצוניים כאלה נקראים אקסטרימופילים (extremophiles, כלומר "חובבי תנאים קיצוניים"). בדרך כלל מדובר במיקרואורגניזמים – יצורים מיקרוסקופיים שרובם חד-תאיים, דוגמת חיידקים, המסוגלים לחיות בסביבות קיצון כמו ים המלח. יש גם יצורים רב-תאיים, כמו תולעים נימיות או דובוני מים, שחיים בתנאי טמפרטורה וקרינה קיצוניים. כעת גילו חוקרים כמה מינים של חיידקים המתקיימים בתוך סדקים שבקרום האוקייני – האזורים בקרום כדור הארץ שנמצאים בקרקעית האוקיינוסים. סדקים אלה הם סביבת חיים מאתגרת משום שיש בהם כמויות זעירות בלבד של חומרי הזנה זמינים.
הקרום האוקייני (oceanic crust) הוא החלק העליון של הלוחות הטקטוניים הנמצאים בשטח האוקיינוס. עוביו כ-6 קילומטרים, ואפשר לחלק אותו לקרום אוקייני עליון ותחתון. עד כה התגלו חיידקים רבים ומגוונים בקרום האוקייני העליון, אך לא הרבה ידוע על היצורים שחיים בקרום האוקייני התחתון – כשני שלישים מהקרום האוקייני. הסיבה העיקרית לכך היא הקושי להגיע אל הקרום האוקייני התחתון, הנמצא מתחת לשכבה עבה של בזלת. בסוף שנת 2015 יצאה משלחת 360 מטעמה של התוכנית הבינלאומית לגילוי האוקיינוס (The International Ocean Discovery Program, או IODP) במטרה לבצע קידוחים בקרום האוקייני באוקיינוס ההודי באזור שבו הגישה לקרום האוקייני התחתון נוחה יותר, שם הוא חשוף כ-700 מטרים מתחת לפני הים. באופן זה הצליחה המשלחת לדגום חלקים מהקרום בעומק של בין 10-750 מטרים מתחת לשפת הקרום (ובסך הכל כ-1,500-700 מטרים מתחת לפני המים).
המפתח: שומנים?
במחקר שהובילה וירג'יניה אדג'קומב (Edgcomb) מהמכון האוקיינוגרפי בווּדְס הוֹל שבארצות הברית, נבחנו דוגמאות שנקדחו מתוך הקרום האוקייני התחתון. הדוגמאות הראו כי בקרום זה קיימים סדקים דקיקים, שייתכן כי מי ים מלמעלה או נוזלים קרים המגיעים מלמטה חודרים דרכם לתוך הסלע. בסדקים התגלו שיעורים זעירים של חנקן אורגני (כ-0.0025 אחוז ממשקל הדגימה) ופחמן אורגני (כ-0.011 אחוז ממשקל הדגימה). שיעורים נמוכים אלה של חנקן ופחמן אורגניים אינם מספיקים בהכרח לקיום חיים, ואף על פי כן, החוקרים זיהו נוכחות של אוכלוסיות חיידקים, ארכאונים ופטריות בצפיפות נמוכה מאוד בדגימות הסלע מהקידוח.
כיצד יכולים להתקיים חיים בתנאים קיצוניים כל כך? רמז אחד מספק לנו הרכב השומנים שנמצא בדגימות. שומנים הם מולקולות המסיסות בנוזלים לא-קוטביים (למשל שמן), והם מרכיב חשוב של ממברנת התא. בדגימות התגלה שיעור משמעותי של שומנים מסוג DEG, המצריכים פחות פעילות תחזוקה תאית ופחות השקעת אנרגיה מאשר שומנים המכילים חומצות שומן, כגון אלה שעוטפים את התאים שלנו. ייתכן שהשימוש בשומנים מסוג זה מקורו בהסתגלות לסביבה דלה מאוד במקורות אנרגיה – הסביבה הסלעית שבקרום האוקייני התחתון.
סביבה מאתגרת. אדג'קומב (מימין) בוחנת דגימות סלעים שנאספו בקידוחים | צילום: Jason Sylvan, TAMU
כלל היצורים החיים מתחלקים ליצורים אוטוטרופיים, המייצרים בעצמם את התרכובות לבניית תאי גופם, או הטרוטרופיים, הצורכים תרכובות אורגניות מהסביבה. כאשר מדובר באקסטרמופילים, אפשר לשער כי הסביבה הקיצונית תאלץ את היצורים החיים בה לאמץ אסטרטגייה אוטוטרופית לבניית גופם. ואכן, בדגימות התגלו עדויות לנוכחות של יצורים אוטוטרופיים, והנוזלים שנדגמו מהקרום האוקייני התחתון הכילו מקורות פחמן ומימן פוטנציאליים לחיידקים אוטוטרופיים, מקורות שיכולים להגיע מפירוק או סדיקה של הסלע. אף על פי כן, ממצאים נוספים העידו גם על נוכחות של חיידקים הטרוטרופיים, שמסוגלים למחזר ולאכסן את החומרים האורגניים הקיימים בסביבה דלת האמצעים שהם נמצאים בה. באופן זה מצליחים החיידקים לקבל חומרים הנדרשים לקיומם, דוגמת חומצות אמינו, ותרכובות של פחמן, מימן וזרחן.
החי מתחת לאבן
בשלב הבא רצו החוקרים לזהות את החיידקים שנמצאו בדגימות. כיום, הספרות המדעית עשירה במידע על ביטוי גנים בחיידקים שונים, ועקב כך כאשר חוקר נתקל בחיידק בלתי מזוהה הוא יכול לבדוק אילו גנים מבטא החיידק הזה, להצליב את רשימת הגנים הללו עם הספרות וכך לזהות את החיידק. כשהחוקרים בחנו את פרופיל ביטוי הגנים בדגימות, הם גילו כי דגימות מעומקים שונים בסלע הכילו קבוצות שונות של חיידקים, ממצא המעיד ככל הנראה על שונות בין דגימות הסלע בזמינות של פחמן ושל מקורות אנרגיה נוספים. נוסף על כך, זיהו החוקרים גם ביטוי של גנים המעידים על חלוקת תאים ועל קיום תגובות כימיות החשובות לתחזוקה של התא, וכן ביטוי של גנים המעורבים בייצור ויטמינים וחומצות אמינו הנחוצים לתאים. התגלו גם גנים המעידים על תהליכי חילוף חומרים המשתמשים בחנקן, מתאן, חנקן וגופרית.
כיצד ידעו החוקרים שכל הממצאים הללו אכן נובעים מנוכחות של חיידקים חיים, ואינם רק ראיות לחיים שהתקיימו בעבר והשאירו מאובנים בסלע? על נוכחותם של יצורים חיים בדגימות מעידים בין היתר פעילות אנזימטית וכן זיהוי של ATP, תרכובת אורגנית חשובה במעבר אנרגיה בתא, בשש מתוך 11 דגימות הסלע שנבדקו. נראה כי הקרום האוקייני התחתון אכן מצטרף לרשימת סביבות החיים הקיצוניות שיש בהן חיידקים, רשימה המתארכת והולכת ככל שאנו מצליחים לחקור מספר גדול יותר של סביבות קיצון.
