Autor: Jan Toman
Na Zemi takřka nenalezneme prostředí zcela prostá života. Mezi několik málo výjimek bychom však podle nového výzkumu měli zařadit suché slané půdy antarktických pohoří.
Existují na Zemi místa, kde nic nežije, nebo přinejmenším mikroorganismy přežijí i ty nejdrsnější podmínky? Ještě před pár desetiletími by se většina biologů přikláněla k první možnosti. Objevy posledních let však ukázaly, že alespoň nějaké obyvatele nalezneme takřka kdekoli. Tedy, s několika výjimkami. Mezi ně podle nového výzkumu můžeme řadit i výše položené oblasti Transantarktického pohoří. V několika půdních vzorcích z této oblasti totiž američtí badatelé nenalezli ani kombinací molekulárně-biologických, kultivačních a fyziologických metod přítomnost jakýchkoli známek života. Celý objev přitom může mít velkou důležitost i pro pátrání po životě na Marsu, jehož povrchovým podmínkám se vrcholy Transantarktického pohoří do velké míry podobají.
Od hlubin oceánu až po vařící jezírka Yellowstonského národního parku, živé organismy nalezneme na naší planetě takřka všudypřítomně. Jak v posledních desetiletích ukázala řada výzkumů, dokáží se vyrovnat s teplotami vysoko nad 100 °C i pod bodem mrazu, extrémně slanými, kyselými a zásaditými podmínkami, vysokou radiací i takřka úplnou absencí vody. Dokonce i v prostředích, která se na první pohled zdají úplně mrtvá – například ve vnitřních oblastech pouště Atacama nebo suchých antarktických údolích, kde se kriticky nedostává vláhy – život našel cestu. Místní organismy buď přežívají v neaktivních stadiích, nebo se stáhly do krytu vrstevnatých hornin, kde čekají na vzácný přísun životodárné vody.
Pokud vynecháme jednoznačné případy, jako třeba proudy rozžhavené lávy, bylo dodnes vlastně zdokumentováno pouhé jedno prostředí, kde si život ani neškrtne. Jedná se o sopečnou oblast Dallol na pomezí Etiopie a Eritreje, které jsme v minulosti na Bíglu věnovali celý článek. Smrtící koktej, se kterým se v tomto africkém regionu nedokáží vyrovnat ani ty nejodolnější organismy, patrně spočívá v nízké dostupnosti vody spojené s vysokou kyselostí a koncentrací vápenatých a hořečnatých solí. Podobně nehostinná prostředí nyní vědci identifikovali také na opačné straně světa – v Antarktidě.
Jak referuje tým amerických badatelů ve vědeckém časopisu Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, hlavním cílem jejich výzkumu bylo zmapovat půdní prostředí na hranici podmínek vhodných pro život. Drtivá většina pozemských půd hostí bohatou skladbu mikroorganismů zahrnujících nejčastěji bakterie, podobně jednoduchá jednobuněčná archea, a také houby. Výjimkou z tohoto pravidla nejsou ani vyloženě chudé pouštní nebo polární půdy. Zkrátka, mikroorganismy dokáží vystát celou řadu extrémních faktorů prostředí. Povedou si ale stejně dobře, když se několik z těchto extrémních faktorů nakombinuje?
S cílem otestovat tuto hypotézu výzkumníci odebrali 204 vzorků půdy z různých částí Transantarktického pohoří, a to ve výškách 150 až více než 2200 metrů nad mořem. Na rozdíl od suchých antarktických údolí, která se nachází v nižších polohách, zde kromě nedostatku vody a živin trápí obyvatele i další extrémní faktory. V první řadě musíme zmínit vysoké dávky ultrafialového záření. Zároveň zde ale organismy naráží i na vysoké koncentrace solí, které se v půdě nahromadily při jejím opakovaném vysychání. Podle některých odhadů přitom určité regiony pohoří v tomto stavu setrvávají až dva miliony let.
Odebrané vzorky výzkumníci nejprve podrobili molekulárně-biologické analýze zaměřené na odhalení přítomného genetického materiálu. Alespoň zlomky DNA vědci prokazatelně objevili v asi 80 % vzorků. Mezi přítomnými druhy se nacházely hlavně bakterie a houby, v opravdu okrajovém množství potom zástupci skupiny archea. Celkově jsou ale půdy z Transantarktického pohoří na mikroorganismy velmi chudé, a to i na poměry nejjižnějšího kontinentu. Přitom platí, že čím výš a dál od moře byly vzorky odebrány, tím byly půdy na organismy chudší.
Čtyřicet vzorků neobsahovalo tolik genetického materiálu, aby jej bylo možné prokazatelně odlišit od možných znečištění. Spolehlivě přitom můžeme vyloučit, že by šlo o pouhý důsledek chemického složení půdy znesnadňujícího analýzu. Na základě těchto výsledků nemohli vědci vyloučit, že jsou půdy z těchto částí pohoří zcela prosté živých organismů. Část vzorků proto vědci podrobili dalším experimentálním analýzám.
Vybrané vzorky výzkumníci v prvé řadě vyseli na Petriho misky, aby mohli sledovat, zda dají základ bakteriálním nebo plísňovým koloniím. Třebaže vyzkoušeli mnoho různých kombinací podmínek, ze čtyřech vzorků půdy nevyrostly žádné kolonie ani po třech měsících. Vzhledem k tomu, že šlo zároveň o vzorky, ve kterých předcházející analýza nenalezla žádné stopy DNA, toto pozorování silně podpořilo hypotézu, že v některých částech Transantarktického pohoří skutečně nežijí ani ty nejodolnější organismy.
V následující fázi výzkumu vědci přidali do půdy živiny, konkrétně cukr glukózu, značené radioaktivním izotopem uhlíku C13. Jakmile organismy označenou glukózu přijmou, zpracují ji a radioaktivní izotop vyloučí ve formě oxidu uhličitého. Jakákoli stopa uhlíku C13 v oxidu uhličitém tedy značí přítomnost organismů. Takováto analýza umožňuje odhalit i pouhých několik buněk v mnoha gramech půdy. Vzhledem k jejím výhodám ji dokonce výzkumníci americké NASA nasadili i na Marsu – velice podobný experiment na rudé planetě prováděly v 70. letech 20. století sondy Viking.
V souladu s předchozími analýzami vědci naměřili uhlík C13 zakomponovaný do oxidu uhličitého v míře dokládající biologickou činnost takřka ve všech vzorcích půdy. Pouze u tří vzorků byly výsledky negativní. Vzhledem k tomu, že šlo o vzorky, kde organismy nenašla molekulárně-biologická analýza a ze kterých se ani nepodařilo žádné organismy vypěstovat, můžeme s velkou dávkou pravděpodobnosti říct, že v nich žádné, nebo takřka žádné, organismy nežijí.
Celkové výsledky jen podpořila další analýza zaměřená na sledování látkové výměny buněk. Když se výzkumníci následně podívali, co charakterizuje prostředí, kde byly tři vzorky půdy bez přítomných organismů odebrány, ukázal se jasný vzor. Mezi půdami nejchudšími na mikroby byly ty z větších nadmořských výšek a s větším obsahem solí. Zvláštní postavení mezi solemi potom zastávaly pro většinu organismů toxické perchloráty. Samotná nadmořská výška se přitom pojí s nižším obsahem vody, intenzivnějším ultrafialovým zářením a nižší teplotou.
Ve výsledku jde tedy o podobné faktory jako v africkém Dallolu. Nejdůležitějším objevem však je, že se organismy patrně dokáží celkem dobře vypořádat s jedním nebo dvěma extrémními faktory prostředí. Koneckonců, obydlená jsou i prostředí chladnější nebo slanější než ta ve vysokých polohách Transantarktického pohoří. To, s čím se organismy nedokáží vyrovnat, je patrně kombinace mnoha různých extrémních faktorů prostředí.
A k čemu je to všechno dobré? V neposlední řadě je výzkum Transantarktického pohoří důležitou přípravou na průzkum Marsu. Také rudá planeta se vyznačuje nízkými teplotami, malým množstvím tekuté vody, půdou nasycenou perchloráty a velkými dávkami nebezpečného záření. Pouze je takovou „Antarktidou naruby“ – zatímco na nejjižnějším kontinentu většinu prostředí obývají mikroorganismy a nalezneme zde pouhé neoživené ostrůvky, na Marsu tomu patrně bude naopak. Pokud zde organismy stále přežívají, bude to nejspíš v malých oázách příznivějšího prostředí.
Zdroj: NB Dragone, MA Diaz, ID Hogg, … & N Fierer (2021): Exploring the boundaries of microbial habitability in soil. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 126.