Autor: Jan Toman
Ve světle objevů, které identifikovaly živé organismy mimo jiné v hlubokomořských vývěrech horkých vod či podloží ledovců, se pozemský život jevil prakticky všudypřítomný. Na hranici Etiopie a Eritreje ale vědci objevili přirozená prostředí tak extrémní, že zde žádné organismy nepřežijí.
Život pozemského typu má tuhý kořínek. Zejména různé mikrobiální skupiny jsou na povrchu naší planety takřka všudypřítomné – a přežijí i hluboko pod zemí. Francouzsko-španělský výzkumný tým však nově dokázal, že se na Zemi přirozeně vyskytují i takové extrémy, se kterými se nevyrovnají ani ti nejtvrdší z nejtvrdších. Na své limity život narazil v oblasti Dallol na severu Etiopie. Hned několik zdejších horkých, kyselých a slaných jezírek totiž podle všeho neobývají vůbec žádné organismy. Jak je to možné? Smrtící koktejl nejspíše tvoří kombinace nízké dostupnosti vody s vysokou koncentrací hořečnatých a vápenatých solí, nebo velké kyselosti a slanosti prostředí. Podobné výsledky nám mohou pomoci nejen při výzkumu dalších extrémních prostředí či vývoji desinfekčních technik, ale také při hledání života ve vesmíru.
Není náhodou, že ve Verneově románu Dvacet tisíc mil pod mořem badatelé řeší, zda hlubiny oceánů mohou obývat dosud neznámá zvířata, nebo jsou zdejší tlaky a nízké teploty pro všechen život smrtící. Ještě před sto lety totiž většina vědců zastávala názor, že pozemské organismy obývají hlavně střední rozsah podmínek na naší planetě. Ještě tak možná zvládnou severskou tundru, okraje velkých pouští nebo stametrové hloubky oceánů, opravdu extrémní prostředí ale obývají pouze okrajově, nebo vůbec.
Tento předpoklad prodělal během posledního půlstoletí obrat o 180 stupňů. Vždy, když badatelé nahlédli do nějakého extrémního prostředí, narazili na živé organismy. Zdejší obyvatelé vždy nemusí být složití mnohobuněční zástupci rostlin nebo živočichů. Jednobuněční prvoci, řasy, bakterie, nebo jim podobná archea však prosperují i v roztocích pod bodem mrazu či teplejších než 100 °C, prostředích extrémně kyselých a zásaditých, za vysokých tlaků, hladin záření či koncentrací solí. Experimenty ukázaly, že řada organismů dokáže v odolných stádiích přežít pobyt mimo Zemi a aktivovat dokonce i za podmínek, které panují na Marsu. Snad s výjimkou tekuté lávy a hlubokých vrstev zemského pláště se naše planeta ukázala prostoupenou když už ne složitým, tak alespoň jednoduchým, mikrobiálním životem.
Zároveň ale nesmíme zapomínat na fakt, že určitým extrémům se život pozemského typu nemůže přizpůsobit už z principu. Mikrobiální organismy například mohou vyladěním základních stavebních kamenů svého těla zvýšit odolnost k horku, po překročení určitého prahu se ale jejich DNA nakonec stejně rozpadne. Přinejmenším teoreticky bychom tudíž mohli na Zemi identifikovat takové extrémy, které již žádný organismus nevydrží.
První pokusy v tomto ohledu dopadly neslavně. Mikrobi obývají podledovcová jezera, hlubokomořské příkopy, ložiska uhlovodíků, zemskou kůru i vnitřní části podmořských vývěrů horkých vod. Dokonce i tak nehostinná prostředí, jako jsou vnitřní části pouště Atacama nebo suchá antarktická údolí, kde celá léta nespadne kapka vody, obývají alespoň odolná stádia mikrobů schopná jednou za čas při zlepšení podmínek nastartovat svůj metabolismus. Jak ale ukazují objevy francouzsko-španělského týmu biologů z pomezí Etiopie a Eritreje, své limity pozemský život opravdu má.
Původním cílem výzkumného týmu byl průzkum polyextrémních prostředí v oblasti Dallol na severu Etiopie. Polyextrémními se v tomto případě myslí taková prostředí, která kombinují hned několik extrémních rysů – v tomto případě vysokou teplotu, extrémy pH a mimořádnou koncentraci solí. Samotná pouštní oblast Dallol se nachází uprostřed kontinentálního zlomu a zahrnuje řadu horkých jezírek a chemických krust obklopujících centrální aktivní vulkán. Nedaleko bychom navíc nalezli solná jezera, takže se pro hledání extrémy vyhledávajících organismů jeví více než vhodnou.
Jezírka z oblasti Dallol mají patrně původ ve srážkách, které dopadly na Etiopskou plošinu, prosákly k hydrotermálnímu rezervoáru o teplotě několika set stupňů celsia, a nakonec skrze vrstvy solných usazenin vyvřely nahoru. V lecčems by se tak mohla podobat hypotetickým zásobárnám tekuté vody na Marsu, což činí oblast zajímavou i z astrobiologického hlediska.
Mikrobiální organismy (a-c, e-i) a jim podobné neživé útvary (d, j-o) z různých prostředí v oblasti Dallol zobrazené kombinací elektronově-mikroskopických a chemických technik. Podle Bellila et al. 2019.
Celkově se badatelé zaměřili na čtyři typy prostředí. Prvním byla velmi horká, slaná a kyselá jezírka na sopce Dallol. Ta navíc hrála všemi barvami, protože kromě chloridu draselného, tj. kuchyňské soli, obsahovala také sloučeniny železa, síry a draslíku. Druhou zkoumanou oblast představovaly teplé středně kyselé solné kaňony na jihozápad od centrálního kopce sopky. Ty zahrnovaly kromě několika menších jezírek také větší Černé jezero. Jako třetí přitáhlo pozornost vědců teplé, kyselé a slané Žluté jezero s několika okolními vodními plochami. Celou tuto oblast navíc zamořovaly jedovaté plyny pocházející ze sopečné činnosti. Poslední sledovaná oblast potom sestávala z jezera Assale, které sice prohřívá geotermální energie a které obsahuje zvýšené koncentrace solí, oproti ostatním studovaným objektům ale představuje v podstatě normální kontrolu.
Ze všech studovaných oblastí odebrali vědci vzorky vody a povrchové minerální krusty. Následně se pomocí molekulárně-biologických technik pokusili namnožit přítomné nukleové kyseliny a určit, jaké organismy zde přežívají. To se povedlo u vzorků z jezera Assale, solných kaňonů a krust z okolí centrálního kopce sopky. Místní organismy představují bohatou paletu mikrobů, zejména drobných zástupců skupiny Archea. Některé z nich se dokonce podařilo výzkumníkům namnožit v laboratoři a dokázat, že představují vědě dosud neznámé linie.
Vzorky z vrcholových jezírek na sopce Dallol, Černého a Žlutého jezera ale žádný genetický materiál nevykázaly. Ten se vědcům nepodařilo identifikovat ani při opakovaných pokusech. Jediné namnožené a přečtené sekvence DNA náležely známým laboratorním kontaminantům a mikrobům, které se do aparatury s největší pravděpodobností dostaly při kontaktu s člověkem. Žádné extrémní zástupce z těchto vzorků výzkumníci nenapěstovali ani při široké paletě laboratorních podmínek a jejich přítomnost neprokázaly ani mikroskopické, fluorescenční a chemické metody. Vzorky z vrcholových jezírek, Černého a Žlutého jezera se zkrátka jeví absolutně mrtvé.
Jak je to možné? Autoři článku nabízejí přesvědčivé vysvětlení. Zatímco mikroorganismy se běžně dokáží vyrovnat s velmi extrémními hodnotami jednotlivých faktorů prostředí, u kombinace několika extrémů už to tak slavné být nemusí. Přizpůsobení umožňující přežít v jednom prostředí totiž mohou přímo zhoršovat vyhlídky na přežíti v prostředí jiném. Zvlášť škodlivé se jeví extrémní koncentrace solí v kyselém prostředí a vysoké koncentrace takzvaných chaotropních solí, mezi které patří sloučeniny Mg2+ a Ca2+, ve spojení s malou dostupností vody.
Jediné útvary, které vědci pozorovali v „mrtvých“ jezírkách, byly minerální kuličky neživého původu. Rozhodně bychom proto měli být velmi opatrní při prohlašování podobných útvarů ve fosilním či dokonce mimozemském materiálu (například marsovských meteoritech) za zkameněliny živých buněk.
Znalost hranic života každém případě představuje klíčový předpoklad dalšího bádání hned v několika oblastech. Díky ní například můžeme lépe směřovat průzkum extrémních prostředí či vesmírné sondy určené pro hledání živých organismů na jiných tělesech sluneční soustavy. Se znalostí prostředí, kde život našeho typu již nepřežije, rovněž můžeme hledat hypotetickou „stínovou biosféru“ – cizí život skrývající se přímo na Zemi. V neposlední řadě potom znalost podmínek, které usmrtí všechny organismy, může vést k vývoji nových desinfekčních technik – jak těch lékařských, tak astrobiologických zaměřených na omezení přenosu pozemských mikrobů na jiné planety.
Zdroj: J Belilla, D Moreira, L Jardillier, G Reboul, K Benzerara, JM López-García, P Bertolino, AI López-Archilla & P López-García (2019): Hyperdiverse archaea near life limits at the polyextreme geothermal Dallol area. Nature Ecology & Evolution, 3.