I'm an ocean microbiologist at the University of Tennessee,
and I want to tell you guys about some microbes
that are so strange and wonderful
that they're challenging our assumptions about what life is like on Earth.
So I have a question.
Please raise your hand if you've ever thought it would be cool
to go to the bottom of the ocean in a submarine?
Yes.
Most of you, because the oceans are so cool.
Alright, now -- please raise your hand
if the reason you raised your hand to go to the bottom of the ocean
is because it would get you a little bit closer
to that exciting mud that's down there.
(Laughter)
Nobody.
I'm the only one in this room.
Well, I think about this all the time.
I spend most of my waking hours
trying to determine how deep we can go into the Earth
and still find something, anything, that's alive,
because we still don't know the answer to this very basic question
about life on Earth.
So in the 1980s, a scientist named John Parkes, in the UK,
was similarly obsessed,
and he came up with a crazy idea.
He believed that there was a vast, deep, and living microbial biosphere
underneath all the world's oceans
that extends hundreds of meters into the seafloor,
which is cool,
but the only problem is that nobody believed him,
and the reason that nobody believed him
is that ocean sediments may be the most boring place on Earth.
(Laughter)
There's no sunlight, there's no oxygen,
and perhaps worst of all,
there's no fresh food deliveries for literally millions of years.
You don't have to have a PhD in biology
to know that that is a bad place to go looking for life.
(Laughter)
But in 2002, [Steven D'Hondt] had convinced enough people
that he was on to something that he actually got an expedition
on this drillship, called the JOIDES Resolution.
And he ran it along with Bo Barker Jørgensen of Denmark.
And so they were finally able to get
good pristine deep subsurface samples
some really without contamination from surface microbes.
This drill ship is capable of drilling thousands of meters underneath the ocean,
and the mud comes up in sequential cores, one after the other --
long, long cores that look like this.
This is being carried by scientists such as myself who go on these ships,
and we process the cores on the ships and then we send them home
to our home laboratories for further study.
So when John and his colleagues
got these first precious deep-sea pristine samples,
they put them under the microscope,
and they saw images that looked pretty much like this,
which is actually taken from a more recent expedition
by my PhD student, Joy Buongiorno.
You can see the hazy stuff in the background.
That's mud. That's deep-sea ocean mud,
and the bright green dots stained with the green fluorescent dye
are real, living microbes.
Now I've got to tell you something really tragic about microbes.
They all look the same under a microscope,
I mean, to a first approximation.
You can take the most fascinating organisms in the world,
like a microbe that literally breathes uranium,
and another one that makes rocket fuel,
mix them up with some ocean mud,
put them underneath a microscope,
and they're just little dots.
It's really annoying.
So we can't use their looks to tell them apart.
We have to use DNA, like a fingerprint,
to say who is who.
And I'll teach you guys how to do it right now.
So I made up some data, and I'm going to show you some data that are not real.
This is to illustrate what it would look like
if a bunch of species were not related to each other at all.
So you can see each species
has a list of combinations of A, G, C and T,
which are the four sub-units of DNA,
sort of randomly jumbled, and nothing looks like anything else,
and these species are totally unrelated to each other.
But this is what real DNA looks like,
from a gene that these species happen to share.
Everything lines up nearly perfectly.
The chances of getting so many of those vertical columns
where every species has a C or every species has a T,
by random chance, are infinitesimal.
So we know that all those species had to have had a common ancestor.
They're all relatives of each other.
So now I'll tell you who they are.
The top two are us and chimpanzees,
which y'all already knew were related, because, I mean, obviously.
(Laughter)
But we're also related to things that we don't look like,
like pine trees and Giardia, which is that gastrointestinal disease
you can get if you don't filter your water while you're hiking.
We're also related to bacteria like E. coli and Clostridium difficile,
which is a horrible, opportunistic pathogen that kills lots of people.
But there's of course good microbes too, like Dehalococcoides ethenogenes,
which cleans up our industrial waste for us.
So if I take these DNA sequences,
and then I use them, the similarities and differences between them,
to make a family tree for all of us
so you can see who is closely related,
then this is what it looks like.
So you can see clearly, at a glance,
that things like us and Giardia and bunnies and pine trees
are all, like, siblings,
and then the bacteria are like our ancient cousins.
But we're kin to every living thing on Earth.
So in my job, on a daily basis,
I get to produce scientific evidence against existential loneliness.
So when we got these first DNA sequences,
from the first cruise, of pristine samples from the deep subsurface,
we wanted to know where they were.
So the first thing that we discovered is that they were not aliens,
because we could get their DNA to line up with everything else on Earth.
But now check out where they go on our tree of life.
The first thing you'll notice is that there's a lot of them.
It wasn't just one little species
that managed to live in this horrible place.
It's kind of a lot of things.
And the second thing that you'll notice,
hopefully, is that they're not like anything we've ever seen before.
They are as different from each other
as they are from anything that we've known before
as we are from pine trees.
So John Parkes was completely correct.
He, and we, had discovered a completely new and highly diverse
microbial ecosystem on Earth
that no one even knew existed before the 1980s.
So now we were on a roll.
The next step was to grow these exotic species in a petri dish
so that we could do real experiments on them
like microbiologists are supposed to do.
But no matter what we fed them,
they refused to grow.
Even now, 15 years and many expeditions later,
no human has ever gotten a single one of these exotic deep subsurface microbes
to grow in a petri dish.
And it's not for lack of trying.
That may sound disappointing,
but I actually find it exhilarating,
because it means there are so many tantalizing unknowns to work on.
Like, my colleagues and I got what we thought was a really great idea.
We were going to read their genes like a recipe book,
find out what it was they wanted to eat and put it in their petri dishes,
and then they would grow and be happy.
But when we looked at their genes,
it turns out that what they wanted to eat was the food we were already feeding them.
So that was a total wash.
There was something else that they wanted in their petri dishes
that we were just not giving them.
So by combining measurements from many different places
around the world,
my colleagues at the University of Southern California,
Doug LaRowe and Jan Amend,
were able to calculate that each one of these deep-sea microbial cells
requires only one zeptowatt of power,
and before you get your phones out, a zepto is 10 to the minus 21,
because I know I would want to look that up.
Humans, on the other hand,
require about 100 watts of power.
So 100 watts is basically if you take a pineapple
and drop it from about waist height to the ground 881,632 times a day.
If you did that and then linked it up to a turbine,
that would create enough power to make me happen for a day.
A zeptowatt, if you put it in similar terms,
is if you take just one grain of salt
and then you imagine a tiny, tiny, little ball
that is one thousandth of the mass of that one grain of salt
and then you drop it one nanometer,
which is a hundred times smaller than the wavelength of visible light,
once per day.
That's all it takes to make these microbes live.
That's less energy than we ever thought would be capable of supporting life,
but somehow, amazingly, beautifully,
it's enough.
So if these deep-subsurface microbes
have a very different relationship with energy than we previously thought,
then it follows that they'll have to have
a different relationship with time as well,
because when you live on such tiny energy gradients,
rapid growth is impossible.
If these things wanted to colonize our throats and make us sick,
they would get muscled out by fast-growing streptococcus
before they could even initiate cell division.
So that's why we never find them in our throats.
Perhaps the fact that the deep subsurface is so boring
is actually an asset to these microbes.
They never get washed out by a storm.
They never get overgrown by weeds.
All they have to do is exist.
Maybe that thing that we were missing in our petri dishes
was not food at all.
Maybe it wasn't a chemical.
Maybe the thing that they really want,
the nutrient that they want, is time.
But time is the one thing that I'll never be able to give them.
So even if I have a cell culture that I pass to my PhD students,
who pass it to their PhD students, and so on,
we'd have to do that for thousands of years
in order to mimic the exact conditions of the deep subsurface,
all without growing any contaminants.
It's just not possible.
But maybe in a way we already have grown them in our petri dishes.
Maybe they looked at all that food we offered them and said,
"Thanks, I'm going to speed up so much
that I'm going to make a new cell next century.
Ugh.
(Laughter)
So why is it that the rest of biology moves so fast?
Why does a cell die after a day
and a human dies after only a hundred years?
These seem like really arbitrarily short limits
when you think about the total amount of time in the universe.
But these are not arbitrary limits.
They're dictated by one simple thing,
and that thing is the Sun.
Once life figured out how to harness the energy of the Sun
through photosynthesis,
we all had to speed up and get on day and night cycles.
In that way, the Sun gave us both a reason to be fast
and the fuel to do it.
You can view most of life on Earth like a circulatory system,
and the Sun is our beating heart.
But the deep subsurface is like a circulatory system
that's completely disconnected from the Sun.
It's instead being driven by long, slow geological rhythms.
There's currently no theoretical limit on the lifespan of one single cell.
As long as there is at least a tiny energy gradient to exploit,
theoretically, a single cell could live
for hundreds of thousands of years or more,
simply by replacing broken parts over time.
To ask a microbe that lives like that to grow in our petri dishes
is to ask them to adapt to our frenetic, Sun-centric, fast way of living,
and maybe they've got better things to do than that.
(Laughter)
Imagine if we could figure out how they managed to do this.
What if it involves some cool, ultra-stable compounds
that we could use to increase the shelf life
in biomedical or industrial applications?
Or maybe if we figure out the mechanism that they use
to grow so extraordinarily slowly,
we could mimic it in cancer cells and slow runaway cell division.
I don't know.
I mean, honestly, that is all speculation,
but the only thing I know for certain
is that there are a hundred billion billion billlion
living microbial cells
underlying all the world's oceans.
That's 200 times more than the total biomass of humans on this planet.
And those microbes have a fundamentally different relationship
with time and energy than we do.
What seems like a day to them
might be a thousand years to us.
They don't care about the Sun,
and they don't care about growing fast,
and they probably don't give a damn about my petri dishes ...
(Laughter)
but if we can continue to find creative ways to study them,
then maybe we'll finally figure out what life, all of life, is like on Earth.
Thank you.
(Applause)
أعمل كاختصاصية ميكروبيولوجيا المحيطات في جامعة تينيسي،
وأريد أن أخبركم يا رفاق عن بعض أنواع الميكروبات
الغريبة والرائعة جدًا،
والتي تتحدى افتراضاتنا حول طبيعة الحياة على الأرض.
لذلك لدي سؤال:
رجاءً ارفع يدك إذا كنت تعتقد أنه من الرائع
الذهاب إلى قاع المحيط في غواصة؟
نعم.
معظمكم، لأن المحيطات رائعة جدًا.
حسنًا، الآن رجاءً ارفع يدك
إذا كان سبب رفع يدك للذهاب إلى قاع المحيط
هو أنه سيقربك قليلًا
من هذا الوحل المثير في الأعماق.
(ضحك)
لا أحد.
أنا الوحيدة في هذه القاعة.
حسنًا، أفكر في هذا طوال الوقت.
أقضي معظم ساعات يقظتي
أحاول معرفة أقصى عمق للغوص في الأرض
يمكن أن نجد فيه شيئًا، أي شيء، على قيد الحياة،
لأننا ما زلنا لا نعرف الجواب على هذا السؤال الأساسي للغاية
عن الحياة على الأرض.
لذلك في ثمانينيات القرن الماضي، كان العالم البريطاني (جون باركس)
مهووسًا بالأمر ذاته،
وجاء بفكرة مجنونة.
كان يعتقد بوجود محيط حيوي ميكروبي حي وشاسع وعميق
أسفل كل محيطات العالم،
ويمتد لمئات الأمتار في قاع البحر،
وهذا رائع،
لكن المشكلة الوحيدة أنه لم يصدقه أحد،
وسبب ذلك
هو أن رواسب المحيطات قد تكون أكثر الأماكن مللًا على وجه الأرض.
(ضحك)
حيث لا وجود لضوء الشمس أو الأكسجين،
وربما الأسوأ من ذلك كله،
أنه لا توجد أطعمة طازجة حرفيًا لملايين السنين.
لا يجب الحصول على دكتوراه في علم الأحياء
لمعرفه أن ذلك المكان سيئ للبحث عن الحياة فيه.
(ضحك)
لكن في عام 2002 أقنع جون عددًا كافيًا من الأشخاص
أنه كان بصدد شيء ما، حتى أنه قام ببعثة استكشافية
على متن سفينة حفر، تدعى (جويدس ريزولوشن).
وأدار البعثة معه (بو باركر يورجنسن) من الدنمارك.
وهكذا حصلوا في النهاية
على عينات نقية للسطح الخارجي من القاع
حيث لم يتلوث بعضها بالميكروبات السطحية.
تمتاز هذه السفينة بالقدرة على الحفر لآلاف الأمتار في قاع المحيط،
ويظهر الطين في صورة نوى متسلسلة، واحدة تلو الأخرى...
نوى طويلة جدًا تبدو كهذه.
هذا ما يفعله العلماء مثلي الذين يذهبون على متن تلك السفن،
نعالج النوى على السفن ثم نرسلها إلى الوطن
لمزيد من الدراسة في مختبراتنا.
لذلك عندما حصل جون وزملاؤه
على أولى العينات النقية والثمينة من أعماق البحار،
وضعوها تحت المجهر،
ورأوا صورًا بدت إلى حد كبير مثل هذه،
والتي تم الحصول عليها من رحله استكشافية حديثة
من قبل طالب الدكتوراه (جوي بونجيورنو).
يمكنكم رؤية الشيء الضبابي في الخلفية.
هذا طين، طين من عمق المحيط،
والنقاط الخضراء الساطعة الملطخة بالصبغة الخضراء الفلورية
هي ميكروبات حية حقيقية.
الآن يجب أن أخبركم شيئًا مأساويًا حقًا عن الميكروبات،
كلها تبدو متشابهة تحت المجهر،
أعني، بتقارب أولي.
يمكنكم أن تأخذوا الكائنات الأكثر روعة في العالم،
مثل الميكروب الذي يتنفس اليورانيوم حرفيًا،
وآخر يصنع وقود الصواريخ،
وتمزجوها ببعض طين المحيط،
وتضعوها تحت المجهر،
فتظهر كنقاط صغيرة.
إنه شيءٌ مزعجٌ حقًا.
لذلك لا يمكننا استخدام مظهرها لنفرق بينها،
علينا أن نستخدم الحمض النووي، كبصمة الأصبع،
لنفرق بينها.
وسوف أعلمكم يا رفاق كيف نفعل ذلك الآن.
لذلك اختلقت بعض المعطيات، وسأظهر لكم معطيات زائفة.
هذا لتوضيح كيف ستبدو العينة
في حالة عدم وجود أي علاقة بين بعض أنواع تلك الكائنات.
لذلك يمكنكم رؤية أن كل نوع
لديه قائمة من مجموعات من A وG وC وT،
الوحدات الفرعية الأربع للحمض النووي،
مختلطة بشكل عشوائي، ولا شيء يشبه أي شيء آخر،
وهذه الأنواع لا علاقة لها ببعضها البعض إطلاقًا.
لكن هذا هو شكل الحمض النووي الحقيقي،
من جين مشترك بين هذه الأنواع.
كل شيء يصطف بدقة تقريبًا.
وفرص الحصول على هذا العدد من تلك الأعمدة الرأسية
حيث تملك جميع هذه الكائنات عنصر C أو T
بعشوائية، متناهية في الصغر.
وبذلك ندرك أن جميع هذه الكائنات لابد أن يكون لها سلف مشترك.
إنهم جميعًا أقرباء.
الآن سأخبركم من هم.
أعلى اثنين هما نحن والشمبانزي،
وتعرفون بالفعل أنهم أقرباء، لأنه، أعني، شيءٌ واضح.
(ضحك)
لكننا أيضًا لنا علاقة بأشياء لا نشبهها،
مثل أشجار الصنوبر والجيارديا، وهو أحد أمراض المعدة والأمعاء
الذي يمكن التقاطه إذا لم تصفي المياه أثناء نزهتك الطويلة.
نحن أيضًا أقرباء لبكتيريا مثل (إي كولاي) و(كلوستريديوم ديفيسيل)،
وهو مرض رهيب وانتهازي يقتل الكثير من الناس.
لكن هناك ميكروبات مفيدة أيضًا، مثل (دلكوكويد اثينوجينز)،
الذي ينظف نفاياتنا الصناعية.
لذلك إذا أخذت سلاسل الحمض النووي هذه،
ثم استخدمت أوجه التشابه والاختلافات بينها
لصنع شجرة عائلية لنا جميعًا
لنتمكن من معرفة من هم قريبي الصلة،
فستبدو هكذا.
إذن يمكنكم أن تروا بوضوح، في لمحة،
أن أشياء مثلنا ومثل جيارديا والأرانب وأشجار الصنوبر،
جميعنا كأشقاء،
والبكتيريا هي مثل أبناء عمومتنا القدامى.
لكننا أقرباء لكل شيء حي على الأرض.
كل يوم في وظيفتي،
أستطيع توفير أدلة علمية ضد الوحدة الوجودية.
لذلك عندما حصلنا على أول سلاسل للحمض النووي،
من السطح العميق، في الرحلة الأولى،
أردنا أن نعرف أين كانت.
لذلك أول شيء اكتشفناه أنها ليست أجنبية،
لأننا يمكن أن نطابق حمضها النووي مع كل شيء آخر على الأرض.
لكن هل تلاحظون مكانها على شجرة حياتنا؟
أول شيء ستلاحظونه أنه يوجد الكثير منها.
لم يكن مجرد نوع واحد صغير
تمكن من العيش في هذا المكان الرهيب.
إنها مكونة من عدة أشياء.
والشيء الثاني الذي أتمنى أن تلاحظوه،
أنها لا تشبه أي شيء رأيناه من قبل.
إنها مختلفة عن بعضها البعض
كما هي مختلفة عن أي شيء عرفناه من قبل
كما نحن مختلفون عن أشجار الصنوبر.
إذن كان (جون باركز) محقًا تمامًا.
لقد اكتشفنا، نحن وهو، نظامًا بيئيًا ميكروبيًا على الأرض،
جديدًا تمامًا ومتنوعًا للغاية،
لم يعلم بوجوده أحد قبل الثمانينيات.
إذن نحن في طريقنا إلى النجاح،
كانت الخطوة التالية هي زرع هذه الأنواع الغريبة في طبق بتري
حتى نجري تجارب حقيقية عليها
كما يفترض أن يفعل علماء الأحياء المجهرية.
بغض النظر عن ما أطعمناها،
رفضت أن تنمو.
حتى الآن، 15 سنة وعدة بعثات بعدها،
لم يقدر أي إنسان قط على جعل هذه الميكروبات الغريبة
تنمو في طبق بتري.
والسبب ليس عدم المحاولة.
قد يبدو هذا مخيبًا للآمال،
لكنني في الواقع أجدها مدهشة،
لأنه يعني أن هناك عدة أشياء مجهولة ومحيرة للعمل عليها.
أنا وزملائي توصلنا إلى ما كنا نظن أنه فكرة رائعة حقًا.
كنا سنقرأ جيناتها مثل كتاب طبخ،
لنكتشف ما تريد تناوله ووضعه في أطباق بتري،
لتنمو وتكون سعيدة.
لكن عندما نظرنا إلى جيناتها،
اتضح أن ما أرادت أن تأكله كان الطعام الذي كنا نطعمها إياه بالفعل.
كان ذلك مفاجئًا كليًا.
كان هناك شيء آخر تريده في أطباق بتري
لم نكن نقدمه لها.
لذلك من خلال جمع معطيات من أماكن عديدة مختلفة
حول العالم،
حيث أن زملائي في جامعة جنوب كاليفورنيا،
(دوج لارو) و(جان أمند)
استطاعا حساب أن كل خلية ميكروبية
تحتاج فقط إلى زيبتوواط واحد من القوة،
وقبل أن تخرجوا هواتفكم، "زبتو" هو 10 أس سالب 21،
لأنني أعرف أنني كنت لأبحث عن معناه.
البشر، من جهة أخرى،
يحتاجون حوالي 100 واط من الطاقة.
100 واط هو في الأساس إذا أخذت حبة أناناس
وأسقطتها من ارتفاع الخصر تقريبًا إلى الأرض 881.632 مرة في اليوم.
إذا فعلت ذلك ثم ربطتها بمولد،
من شأنه أن يخلق طاقة كافية لجعلي موجودة ليوم واحد.
وإذا وضعنا الزبتوواط في سياق مماثل،
فهو إذا أخذت حبة ملح
ثم تتخيل كرة متناهية الصغر
بحجم واحد من الألف من كتلة ذرة ملح واحدة
ثم تسقطها بمقدار نانومتر واحد،
وهو أصغر بمائة مرة من طول موجة الضوء المرئي،
مرة في اليوم.
هذا كل ما يتطلبه الأمر لجعل هذه الميكروبات تعيش.
وتعد هذه طاقة أقل مما كنا نظن أنه سيكون كافيًا للحياة،
لكن بطريقة ما، مدهشة وجميلة،
هي كافية.
فإذا كانت الميكروبات تحت السطح العميق
لديها علاقة مختلفة جدًا عما نظن مع الطاقة،
فهذا يعني أنه يجب أن تكون لديها
علاقة مختلفة مع الوقت كذلك،
لأنه عندما تعيش على كميات طاقة صغيرة كهذه،
فالنمو السريع أمر مستحيل.
إذا أرادت هذه الأشياء استعمار حناجرنا وجعلنا مرضى،
فستخرجها المكورات العقدية سريعة النمو عنوة
قبل حتى أن تبدأ في الانقسام الخلوي الأولي.
ولهذا السبب لا نجدها في حناجرنا قط.
ربما حقيقة أن الأعماق مملة جدًا
هو في الواقع لصالح هذه الميكروبات.
فهي لا تجرفها العواصف.
ولا تطمسها الأعشاب.
كل ما عليها فعله هو التواجد.
ربما ما نفتقده في أطباق بتري
ليس الطعام على الإطلاق.
ربما لم يكن مادة كيميائية.
ربما الشيء الذي تريده حقًا،
الغذاء الذي تريده، هو الوقت.
لكن الوقت هو الشيء الوحيد الذي لن أستطيع منحهم إياه.
لذلك حتى لو زرعت خلايا ومررتها إلى طلابي في الدكتوراه،
ومرروها إلى طلابهم في الدكتوراه، وهكذا،
سيكون علينا القيام بذلك لآلاف السنين
لمحاكاة الظروف الدقيقة للسطح العميق،
كل ذلك دون زراعة أي ملوثات.
هذا غير ممكن.
لكن ربما بطريقة ما بالفعل نمت في أطباق بتري لدينا.
ربما نظرت إلى كل الطعام الذي قدمناه لها وقالت:
"شكرًا، الآن سأسرع كثيرًا
لبناء خليه جديدة القرن المقبل."
أوه.
(ضحك)
إذن لماذا تتحرك البقية من الأحياء بسرعة؟
لماذا تموت الخلية بعد يوم
ويموت الإنسان بعد مائة عام فقط؟
تبدو هذه وكأنها حقًا حدود اعتباطية قصيرة
عندما تفكرون في الوقت الإجمالي في الكون.
لكن هذه ليست حدودًا اعتباطية.
يمليها شيءٌ واحدٌ بسيط،
وهذا الشيء هو الشمس.
عندما اكتشفت الحياة كيف تسخر طاقة الشمس
من خلال التمثيل الضوئي،
كان علينا الإسراع للدخول في دورات الليل والنهار.
وهكذا، أعطتنا الشمس سببًا للإسراع
والوقود للقيام بذلك.
يمكنكم اعتبار معظم الحياة على الأرض كنظام الدورة الدموية،
والشمس هي قلبنا النابض.
لكن السطح العميق يشبه نظام دورة دموية
منفصل تمامًا عن الشمس.
بدلًا من ذلك، فهي مدفوعة بإيقاعات جيولوجية بطيئة وطويلة.
لا يوجد حاليًا أي حدود نظرية لعمر خلية واحدة.
طالما هناك على الأقل كمية طاقة صغيرة لاستغلالها،
نظريًا، يمكن أن تعيش خلية واحدة
مئات آلاف السنين أو أكثر،
ببساطة عن طريق استبدال القطع المكسورة مع الوقت.
لجعل ميكروب يعيش هكذا وينمو في أطباق بترية
هو جعلها تتكيف مع حياتنا السريعة المعتمدة على الشمس،
وربما لديها أشياء أخرى أهم للقيام بها.
(ضحك)
تخيلوا لو استطعنا معرفة كيف تمكنت من القيام بذلك.
ماذا لو كانت تنطوي على عناصر رائعة ومستقرة للغاية،
حيث يمكننا استخدامها لزيادة العمر الافتراضي
في الأغراض الطبية الحيوية أو الصناعية؟
أو ربما إذا اكتشفنا الآلية التي تستخدمها
لتنمو بهذا البطء الشديد،
سيمكننا تقليدها في الخلايا السرطانية وإبطاء الانقسام الخلوي.
لا أعلم.
أعني، بصراحة، هذه كلها تكهنات،
لكن الشيء الوحيد الذي أعرفه بالتأكيد
هو أن هناك مائة مليار مليار مليار
خلية ميكروبية حية
تحت كل محيطات العالم.
هذا أكثر 200 مرة من مجموع الكتلة الحيوية للإنسان على هذا الكوكب.
وهذه الميكروبات لها علاقة مختلفة اختلافًا جذريًا
عن علاقتنا مع الوقت والطاقة.
ما يبدو لها وكأنه يوم
يمكن أن يكون ألف سنة بالنسبة لنا.
فهي لا تهتم بالشمس،
ولا تهتم بالنمو السريع،
وربما لا تكترث البتة لأطباق بتري خاصتي...
(ضحك)
لكن إذا استطعنا مواصلة العثور على طرق مبتكرة لدراستها،
ربما سنعرف في النهاية ماهية الحياة، كل الحياة، على الأرض.
شكرًا لكم.
(تصفيق)
Ich bin Meeres-Mikrobiologin an der Universität Tennessee
und ich will Ihnen von Mikroben erzählen,
die so merkwürdig und wunderbar sind, dass sie infrage stellen,
was wir über das Leben auf der Erde zu wissen glauben.
Ich habe ein Frage an Sie.
Bitte heben Sie die Hand, wenn Sie es cool fänden,
in einem U-Boot zum Ozeanboden zu fahren.
Ja!
Die meisten von Ihnen, denn die Ozeane sind cool.
Heben Sie jetzt bitte die Hand,
wenn Sie nur deshalb zum Ozeanboden fahren wollen,
weil Sie das ein bisschen näher
zu dem aufregenden Schlamm da unten bringen würde.
(Gelächter)
Niemand.
Ich bin die einzige hier.
Ich denke ständig darüber nach.
Ich überlege tagein, tagaus,
wie tief wir in die Erde eindringen
und noch etwas Lebendiges finden können,
denn wir kennen immer noch nicht die Antwort
auf die grundlegende Frage nach dem Leben auf der Erde.
In den 1980ern war John Parkes, ein Forscher in Großbritannien,
ähnlich besessen von dieser Frage und er hatte eine verrückte Idee.
Er glaubte, es gebe eine riesige, tiefe,
lebendige mikrobielle Biosphäre unter den Ozeanen der Welt,
die hunderte von Metern in den Meeresboden hineinreicht,
was cool ist,
aber leider glaubte ihm niemand.
Der Grund dafür ist,
dass es wohl nichts Langweiligeres auf der Welt gibt als Ozeansedimente.
(Gelächter)
Es gibt da kein Sonnenlicht, keinen Sauerstoff,
und, vielleicht am schlimmsten,
keine frischen Nährstofflieferungen für buchstäblich Millionen von Jahren.
Man muss kein Biologieprofessor sein,
um zu wissen, dass das ein schlechter Ort für die Suche nach Leben ist.
(Gelächter)
Aber 2002 überzeugte [Steven D'Hondt] genügend Leute von der Sache,
um eine Expedition auf dem Bohrschiff JOIDES Resolution zu bekommen.
Er leitete sie zusammen mit Bo Barker Jørgensen aus Dänemark.
Und so bekamen sie endlich makellose, unterirdische Sedimentproben
ohne jegliche Kontamination durch Oberflächenmikroben.
Dieses Bohrschiff kann tausende von Metern in den Ozeanboden hineinbohren,
und der Schlamm wird nach und nach in Bohrkernen nach oben befördert,
sehr lange Bohrkerne, die so aussehen.
Wissenschaftler wie ich tragen sie über das Schiff;
wir bearbeiten sie auf den Schiffen
und schicken sie in unsere Labore für weitere Untersuchungen.
Als John und seine Kollegen die ersten, kostbaren Tiefseeproben erhielten,
untersuchten sie sie mit dem Mikroskop,
und sie sahen Bilder ziemlich genau wie dieses,
das von einer jüngeren Expedition meiner Doktorandin Joy Buongiorno stammt.
Sie sehen das trübe Zeug im Hintergrund.
Das ist Schlamm. Tiefsee-Ozeanschlamm.
Die hellgrünen Punkte, gefärbt mit grün fluoreszierender Farbe,
sind echte, lebende Mikroben.
Jetzt muss ich Ihnen etwas sehr Tragisches über Mikroben erzählen.
Unter dem Mikroskop sehen alle gleich aus,
jedenfalls auf den ersten Blick.
Man kann die faszinierendsten Organismen der Welt nehmen --
etwa eine Mikrobe, die buchstäblich Uran atmet,
und eine, die Raketentreibstoff erzeugt --
sie mit Ozeanschlamm mischen, unter ein Mikroskop legen,
und man sieht nur kleine Punkte.
Es ist wirklich ärgerlich.
Wir können sie also nicht am Aussehen unterscheiden.
Wir müssen DNA wie einen Fingerabdruck nutzen,
um zu sagen, wer wer ist.
Jetzt bringe ich Ihnen bei, wie das geht.
Ich zeige Ihnen Daten, die ich mir ausgedacht habe.
Das soll veranschaulichen, wie es aussähe,
wenn einige Arten überhaupt nicht miteinander verwandt wären.
Wie Sie sehen, hat jede Art
ihre eigenen Kombinationen von A, G, C und T,
den vier Untereinheiten von DNA,
willkürlich zusammengewürfelt, und keine zwei sehen gleich aus.
Diese Arten sind absolut nicht miteinander verwandt.
Aber so sieht echte DNA von einem Gen aus,
das diese Arten miteinander teilen.
Alles bildet eine fast perfekte Linie.
Die Wahrscheinlichkeit so vieler vertikaler Säulen,
in denen rein zufällig jede Art ein C oder jede Art ein T hat,
ist unendlich klein.
Also müssen all diese Arten einen gemeinsamen Vorfahren gehabt haben.
Sie sind alle miteinander verwandt.
Jetzt sage ich Ihnen, wer sie sind.
Die beiden oberen sind wir und Schimpansen.
die verwandt sind, aber das wussten Sie natürlich.
Ist ja offensichtlich.
(Gelächter)
Aber wir sind auch verwandt mit uns unähnlichen Dingen wie Kiefern
und der Magendarmkrankheit Giardia, die man bekommen kann,
wenn man beim Wandern sein Trinkwasser nicht filtert.
Wir sind auch verwandt mit dem Kolibakterium
und mit Clostridioides difficile, einem schrecklichen Erreger,
der viele Menschen tötet.
Aber es gibt natürlich auch gute Mikroben wie Dehalococcoides ethenogenes,
die unseren Industriemüll aufräumen.
Wenn ich also diese DNA-Sequenzen nutze,
um mit ihren Übereinstimmungen und Unterschieden
einen Familienstammbaum von uns allen zu machen,
der zeigt, wer eng verwandt ist,
dann sieht das so aus.
Man sieht auf den ersten Blick,
dass wir Menschen, Giardia, Kaninchen und Kiefern
alle wie Geschwister sind,
während Bakterien unseren entfernten Cousins entsprechen.
Aber wir sind mit jedem Lebewesen auf der Erde verwandt.
In meinem Job darf ich tagtäglich
wissenschaftliche Beweise gegen existentielle Einsamkeit erbringen.
Als wir vom ersten Bohrschiff die ersten DNA-Sequenzen
von den makellosen Proben aus dem Ozeanboden erhielten,
wollten wir wissen, wo sie waren.
Als erstes entdeckten wir, dass sie keine Aliens waren,
denn ihre DNA bildet eine Linie mit allem anderen auf der Erde.
Aber sehen Sie sich ihren Platz auf unserem Lebensbaum an.
Als erstes erkennen Sie, dass es viele von ihnen gibt.
Das war nicht nur eine kleine Art,
die an diesem grausigen Ort überlebt hat.
Es sind eher sehr viele.
Zweitens merken Sie hoffentlich,
dass sie anders sind als alles, was wir je gesehen haben.
Sie unterscheiden sich voneinander genauso sehr wie von allem,
was wir schon kennen --
so wie wir von Kiefern.
Also hatte John Parkes völlig Recht.
Er, und wir, hatten ein völlig neues und höchst diverses,
mikrobielles Ökosystem auf der Erde entdeckt,
von dessen Existenz vor 1980 niemand auch nur eine Ahnung hatte.
Jetzt waren wir in Fahrt.
Als nächstes wollten wir diese exotischen Arten
in einer Petrischale wachsen lassen, um mit ihnen zu experimentieren,
wie sich das für Mikrobiologen gehört.
Aber egal welche Nährlösung, sie weigerten sich zu wachsen.
Sogar heute, 15 Jahre und viele Expeditionen später,
ist es noch niemandem gelungen,
eine dieser exotischen Mikroben aus dem tiefsten Untergrund
in einer Petrischale zu züchten.
Und es gab viele Versuche.
Das mag enttäuschend klingen,
aber ich finde es faszinierend,
denn offenbar gibt es noch so viele verlockende Rätsel zu erforschen.
Meine Kollegen und ich etwa hatten eine unserer Meinung nach großartige Idee.
Wir wollten ihre Gene wie ein Kochbuch lesen:
herausfinden, was sie fraßen, das in die Petrischale tun,
und dann sollten sie wachsen und glücklich sein.
Aber die Untersuchung ihrer Gene ergab,
dass ihre Lieblingsnahrung das war, was wir ihnen schon gaben.
Das war also ein Reinfall.
Sie wollten etwas anderes in ihren Petrischalen haben,
was wir ihnen einfach nicht gaben.
Durch die Kombination von Messungen
von vielen verschiedenen Orten weltweit
errechneten meine Kollegen von der University of Southern California,
Doug LaRowe und Jan Amend,
dass jede dieser Tiefsee-Mikroben
nur einen Zeptowatt Energie benötigt.
Bevor Sie Ihre Handys herausholen -- ein Zepto ist 10 hoch -21.
Ich weiß, ich würde das nachsehen wollen.
Menschen hingegen benötigen circa 100 Watt Energie.
100 Watt entspricht etwa einer Ananas,
die man 881.632-mal am Tag aus etwa Hüfthöhe zu Boden fallen lässt.
Wenn man das täte und sie an eine Turbine anschlösse,
würde das genug Energie produzieren, um mich einen Tag lang zu 'betreiben'.
Ein Zeptowatt ist dementsprechend,
wenn man ein einziges Salzkorn nimmt
und sich dann einen winzig kleinen Ball
mit dem Tausendstel der Masse jenes Salzkorns vorstellt,
den man einen Nanometer fallen lässt --
was hundertmal kleiner ist als die Wellenlänge sichtbaren Lichts --,
einmal pro Tag.
Mehr brauchen diese Mikroben zum Leben nicht.
Das ist weniger Energie,
als wir jemals für das Minimum zum Leben möglich hielten,
aber unglaublicherweise ist es wie durch ein Wunder genug.
Wenn also die subterranen Mikroben ein anderes Verhältnis zu Energie haben,
als wir zunächst annahmen,
dann haben sie folglich auch ein anderes Verhältnis zur Zeit,
denn wenn man von einer so winzigen Energiemenge lebt,
ist schnelles Wachstum unmöglich.
Wenn sie unsere Hälse besiedeln und uns krank machen wollten,
würden sie von schnell wachsenden Streptokokken verdrängt,
bevor sie mit der Zellteilung auch nur beginnen könnten.
Deswegen finden wir sie nie in unseren Hälsen.
Vielleicht ist die Tatsache, dass der Tiefseeboden so langweilig ist,
ein Vorteil für diese Mikroben.
Sie werden nie von einem Sturm weggespült.
Sie werden nie von Unkraut überwuchert.
Sie müssen einfach nur existieren.
Vielleicht war die Zutat, die in unseren Petri-Schalen fehlte,
gar kein Nährstoff.
Vielleicht war es keine Chemikalie.
Vielleicht ist der Nährstoff, den sie wirklich haben wollen,
Zeit!
Aber Zeit ist die eine Sache, die ich ihnen nie werde geben können.
Selbst wenn ich eine Zellkultur an meine Doktoranden weitergebe,
und die geben sie weiter an ihre Doktoranden usw.,
müssten wir das tausende Jahre lang tun,
um die genauen Bedingungen tief im Meeresboden zu imitieren,
ohne dabei Verunreinigungen zu züchten.
Das ist einfach nicht möglich.
Aber vielleicht wachsen sie schon in unseren Petrischalen.
Vielleicht sahen sie all die Nährstoffe und sagten:
"Danke, jetzt beeile ich mich so,
dass ich in 100 Jahren eine neue Zelle mache -- uff!"
(Gelächter)
Aber weshalb bewegt sich alles andere in der Biologie so schnell?
Warum stirbt eine Zelle nach einem Tag
und ein Mensch nach nur hundert Jahren?
Das scheinen willkürlich kurze Zeitgrenzen zu sein,
wenn man bedenkt, wie viel Zeit es im Universum gibt.
Aber diese Grenzen sind nicht willkürlich.
Sie beruhen auf einer einzigen, einfachen Sache,
und das ist die Sonne.
Als Lebewesen lernten,
die Energie der Sonne durch Fotosynthese zu nutzen,
mussten wir uns alle schnell an Tag-Nacht-Zyklen gewöhnen.
Die Sonne gab uns sozusagen sowohl den Grund
als auch die Energie, schnell zu sein.
Fast alles Leben auf der Erde gleicht einem Kreislaufsystem,
und die Sonne ist unser schlagendes Herz.
Aber der Tiefseeboden ist wie ein Kreislaufsystem,
das völlig unabhängig von der Sonne ist.
Stattdessen wird es von langen, langsamen geologischen Rhythmen bestimmt.
Zur Zeit gibt es keine theoretische Grenze für die Lebensdauer einer einzelnen Zelle.
Solange es zumindest ein winziges Energiepotenzial zu verwerten gibt,
könnte eine einzelne Zelle theoretisch hunderttausende Jahre leben,
einfach durch das Ersetzen abgenutzter Bestandteile.
Damit eine so lebende Mikrobe in unserer Petrischale wachsen kann,
müsste sie sich an unser hektisches, sonnenzentriertes Leben anpassen,
und vielleicht haben sie einfach etwas Besseres zu tun!
(Gelächter)
Stellen Sie sich vor, wir könnten feststellen,
wie sie das hinkriegen.
Was, wenn es einen coolen, ultrastabilen Stoff beinhaltet,
der die Lagerzeit biomedizinischer oder industrieller Anwendungen verlängert?
Oder, wenn wir die Mechanismen verstehen,
durch die sie so extrem langsam wachsen,
könnten wir sie in Krebszellen nachbilden und unkontrollierte Zellteilung bremsen.
Ich weiß es nicht.
All das ist offen gesagt Spekulation,
aber ich weiß mit 100%iger Sicherheit,
dass es 100.000 Quadrillionen lebende mikrobische Zellen gibt,
tief unter allen Ozeanen der Erde.
Das ist 200-mal so viel
wie die gesamte Biomasse von Menschen auf diesem Planeten.
Und diese Mikroben haben eine völlig andere Beziehung
zu Zeit und Energie als wir.
Was für sie ein Tag ist,
sind vielleicht 1.000 Jahre für uns.
Sie kümmern sich nicht um die Sonne,
wollen nicht schnell wachsen,
und meine Petrischalen sind ihnen wohl völlig egal --
(Gelächter)
aber wenn wir weiterhin kreative Wege für ihre Erforschung finden,
finden wir vielleicht endlich heraus,
wie das Leben auf der Erde funktioniert.
Danke.
(Applaus)
Είμαι μικροβιολόγος των ωκεανών στο Πανεπιστήμιο του Τενεσί
και θα ήθελα να σας πω για ορισμένα μικρόβια
τα οποία είναι τόσο περίεργα και υπέροχα
που κλωνίζουν τις υποθέσεις μας για το πώς είναι η ζωή στη Γη.
Έχω λοιπόν μια ερώτηση.
Σηκώστε το χέρι σας όσοι έχετε σκεφτεί ότι θα ήταν υπέροχο
να πηγαίνατε στον πυθμένα του ωκεανού με υποβρύχιο.
Ναι.
Οι περισσότεροι, διότι οι ωκεανοί είναι υπέροχοι.
Τώρα, σηκώστε το χέρι
αν ο λόγος που σηκώσατε το χέρι για να πάτε στον πυθμένα του ωκεανού
ήταν γιατί θα ερχόσασταν πιο κοντά
με την καταπληκτική λάσπη που βρίσκεται εκεί κάτω.
(Γέλια)
Κανείς.
Είμαι η μόνη εδώ μέσα.
Το σκέφτομαι συνέχεια αυτό το πράγμα.
Έχω περάσει τον περισσότερο χρόνο της ζωής μου
προσπαθώντας να προσδιορίσω πόσο βαθιά μπορούμε να πάμε στη Γη
και να βρούμε κάτι, οτιδήποτε ζωντανό,
διότι ακόμη δεν ξέρουμε την απάντηση στη βασική ερώτηση για τη ζωή στη Γη.
Το 1980, λοιπόν, ο επιστήμονας Τζον Πάρκς στο Ηνωμένο Βασίλειο,
είχε την ίδια εμμονή
και του ήρθε μια τρελή ιδέα.
Πίστευε ότι υπήρχε μια τεράστια, βαθιά και ζωντανή μικροβιακή βιόσφαιρα
κάτω από τους ωκεανούς όλου του κόσμου
που εκτείνεται εκατοντάδες μέτρα στον πυθμένα του ωκεανού,
-κάτι φανταστικό-
αλλά το πρόβλημα είναι ότι κανείς δεν τον πίστεψε,
και ο λόγος γι' αυτό
είναι διότι ο πυθμένας του ωκεανού είναι το πιο βαρετό μέρος της Γης.
(Γέλια)
Δεν έχει φως, δεν έχει οξυγόνο,
και το χειρότερο,
δεν έχει φρέσκο φαγητό κυριολεκτικά εδώ και εκατομμύρια χρόνια.
Δεν χρειάζεσαι διδακτορικό στη βιολογία
για να ξέρεις ότι είναι ένα άσχημο μέρος να ψάξεις για ζωή.
(Γέλια)
Το 2002 όμως ο Τζον έπεισε αρκετούς ανθρώπους
ότι είχε ανακαλύψει κάτι κι έτσι ξεκίνησε μια αποστολή
με αυτό το πλοίο γεωτρήσεων με το όνομα Τζόιντες Ρεζολούσιον.
Και ήταν μαζί με τον Μπο Μπάρκερ Χόργκενσεν από τη Δανία.
Έτσι μπόρεσαν τελικά να πάρουν
κάποια καλά παρθένα δείγματα από το βάθος του ωκεανού
εντελώς αμόλυντα από μικρόβια της επιφάνειας.
Αυτό το πλοίο μπορεί να κάνει γεωτρήσεις χιλιάδες μέτρα κάτω από τον ωκεανό
και η λάσπη ανεβαίνει σε διαδοχικούς πυρήνες, ο ένας μετά τον άλλον -
μακρείς πυρήνες που μοιάζουν έτσι.
Αυτό μεταφέρεται από επιστήμονες σαν εμένα που ανεβαίνουμε σ' αυτά τα πλοία,
επεξεργαζόμαστε τους πυρήνες εκεί,
κι έπειτα στέλνουμε να εξετασθούν λεπτομερέστερα στα εργαστήριά μας.
Όταν ο Τζον και ο συνεργάτης του
έλαβαν αυτά τα πολύτιμα παρθένα δείγματα από τα βάθη του ωκεανού,
τα έβαλαν στο μικροσκόπιο
και είδαν εικόνες που έμοιαζαν αρκετά σαν και αυτήν,
η οποία τραβήχτηκε σε μια πιο πρόσφατη αποστολή
από τον διδακτορικό φοιτητή μου, Τζόι Μπουοντζιόρνο.
Μπορείτε να δείτε τα θολά αντικείμενα στο βάθος.
Αυτό είναι λάσπη από τα βάθη της θάλασσας
και οι ανοιχτές πράσινες βούλες που φέρουν πράσινη φωσφορίζουσα βαφή
είναι αληθινά, ζωντανά μικρόβια.
Τώρα πρέπει να σας πω κάτι πολύ τραγικό για τα μικρόβια.
Όλα μοιάζουν το ίδιο στο μικροσκόπιο,
δηλαδή με την πρώτη ματιά.
Μπορείς να πάρεις τους πιο συναρπαστικούς οργανισμούς στον κόσμο,
όπως ένα μικρόβιο που κυριολεκτικά αναπνέει ουράνιο,
και ένα άλλο που παράγει καύσιμα για πυραύλους,
να τα αναμείξεις με λάσπη από τον ωκεανό, να τα βάλεις στο μικροσκόπιο,
και θα φαίνονται απλά σαν μικρές βούλες.
Είναι ενοχλητικό.
Έτσι δεν μπορούμε να τα ξεχωρίσουμε από την εμφάνιση.
Πρέπει να χρησιμοποιήσουμε DNA, σαν δαχτυλικό αποτύπωμα,
για να τα ξεχωρίσουμε.
Θα σας δείξω το πώς αυτήν τη στιγμή.
Έφτιαξα λοιπόν κάποια δεδομένα - θα σας δείξω κάποια ψεύτικα δεδομένα.
Αυτό για να σας δείξω πώς θα φαινόταν
αν ορισμένα είδη δεν είχαν καμία σχέση μεταξύ τους.
Μπορείτε να δείτε ότι κάθε είδος
έχει μια λίστα συνδυασμών του A, G, C και T,
-τις τέσσερις υπομονάδες του DNA-
στοιβαγμένες κάπως τυχαία και κανένα δεν μοιάζει με κάτι άλλο,
και αυτά τα είδη δεν έχουν καμία σχέση μεταξύ τους.
Όμως το πραγματικό DNA φαίνεται έτσι
από ένα γονίδιο που αυτά τα είδη τυχαίνει να μοιράζονται.
Τα πάντα ευθυγραμμίζονται σχεδόν τέλεια.
Οι πιθανότητες του να έχεις τόσες κάθετες στήλες
όπου κάθε είδος έχει ένα C ή κάθε είδος έχει ένα T,
εντελώς τυχαία, είναι απειροελάχιστες.
Ξέρουμε λοιπόν ότι όλα αυτά τα είδη πρέπει να είχαν έναν κοινό πρόγονο.
Είναι όλα συγγενείς μεταξύ τους.
Τώρα λοιπόν θα σας πω ποιοι ήτανε.
Τα δύο πρώτα είμαστε εμείς και οι χιμπατζήδες,
που όλοι ξέρατε ήδη ότι συγγενεύουμε, διότι είναι προφανές.
(Γέλια)
Όμως έχουμε συγγένεια και με είδη με τα οποία δεν μοιάζουμε,
όπως τα πεύκα και η Γιαρδία, η οποία είναι γαστρεντερική ασθένεια
που παθαίνεις αν δεν φιλτράρεις το νερό σου κατά την πεζοπορία.
Επίσης έχουμε συγγένεια με το βακτήριο E. Coli και το Clostridium Difficile,
που είναι ένα απαίσιο, καιροσκοπικό παθογόνο που σκοτώνει πολλούς ανθρώπους.
Υπάρχουν όμως και καλά μικρόβια, όπως το Dehalococcoides ethenogenes
που καθαρίζει τα βιομηχανικά μας απορρίματα.
Αν πάρω λοιπόν αυτές τις ακολουθίες DNA
και χρησιμοποιήσω τις ομοιότητες και τις διαφορές τους,
για να κάνω ένα οικογενειακό δέντρο για όλους μας,
για να δούμε ποιοι συγγενεύουν,
τότε αυτό θα φαίνεται έτσι.
Φαίνεται λοιπόν ξεκάθαρα με την πρώτη ματιά,
ότι είδη όπως εμείς, η Γιαρδία, τα κουνέλια και τα πεύκα
είμαστε κάτι σαν συγγενείς,
και τα βακτήρια είναι κάτι σαν μακρινά ξαδέρφια μας.
Όμως έχουμε συγγένεια με όλα τα ζώντα είδη στον πλανήτη.
Κάθε μέρα λοιπόν στη δουλειά μου,
παράγω επιστημονικές αποδείξεις που καταρρίπτουν την υπαρξιακή μοναξιά.
Όταν λοιπόν πήραμε αυτές τις πρώτες ακολουθίες DNA,
από την πρώτη αποστολή, με τα παρθένα δείγματα από τη βαθιά υποεπιφάνεια,
θέλαμε να μάθουμε πού βρίσκονταν.
Το πρώτο πράγμα που ανακαλύψαμε ήταν πως δεν ήταν εξωγήινοι
διότι το DNA τους ευθυγραμμιζόταν με οτιδήποτε πάνω στη Γη.
Τώρα όμως παρατηρήστε πού πάνε στο δέντρο της ζωής.
Το πρώτο που παρατηρείς είναι ότι είναι πολυάριθμα.
Δεν ήταν απλά ένα μικρό είδος
που επιβίωσε σε αυτό το απαίσιο μέρος.
Πρόκειται για πολλά είδη.
Το δεύτερο που ελπίζουμε ότι παρατηρείς
είναι ότι δεν μοιάζουν με οτιδήποτε έχουμε δει στο παρελθόν.
Είναι τόσο διαφορετικά μεταξύ τους
όσο και με οτιδήποτε έχουμε γνωρίσει στο παρελθόν,
όσο διαφέρουμε εμείς με τα πεύκα.
Ο Τζον Πάρκς λοιπόν ήταν απολύτως σωστός.
Εκείνος κι εμείς ανακαλύψαμε ένα εντελώς νέο
και εξαιρετικά ποικίλο μικροβιακό οικοσύστημα στη Γη,
του οποίου την ύπαρξη δεν γνώριζε κανείς πριν τη δεκαετία του 1980.
Τώρα πήραμε φόρα.
Το επόμενο βήμα ήταν να αναπτύξουμε αυτά τα εξωτικά είδη σε ένα τρυβλίο Πέτρι
ώστε να μπορέσουμε να πειραματιστούμε επάνω τους
όπως κάνουν οι μικροβιολόγοι.
Όμως οτιδήποτε και να τα ταΐσαμε,
δεν αναπτύχθηκαν.
Ακόμη και σήμερα, 15 χρόνια μετά και έπειτα από πολλές αποστολές
κανείς δεν κατάφερε να αναπτύξει σε τρυβλίο καλλιέργειας
κάποιο από αυτά τα εξωτικά μικρόβια του υπεδάφους της θάλασσας.
Και δεν είναι επειδή δεν έχουμε προσπαθήσει.
Αυτό ίσως ακούγεται απογοητευτικό
όμως το βρίσκω συναρπαστικό
διότι σημαίνει πως υπάρχουν τόσα πολλά δελεαστικά ερωτηματικά να λύσουμε.
Για παράδειγμα, οι συνάδελφοί μου κι εγώ πιστεύαμε ότι είχαμε μια υπέροχη ιδέα.
Θα διαβάζαμε τα γονίδιά τους σαν βιβλίο συνταγών,
θα βρίσκαμε τι ακριβώς θέλουν να φάνε και θα το βάζαμε στα δοχεία τους
κι έτσι θα αναπτύσσονταν και θα ήταν ευτυχισμένα.
Όταν όμως κοιτάξαμε τα γονίδιά τους,
διαπιστώσαμε ότι ήθελαν να φάνε το φαγητό που ήδη τους ταΐζαμε.
Ήταν λοιπόν αποτυχία.
Υπήρχε κάτι άλλο που ήθελαν στα πιάτα τους
που προφανώς δεν τους το δίναμε.
Συνδυάζοντας λοιπόν μετρήσεις από διάφορα μέρη στον κόσμο
οι συνάδελφοί μου από το Πανεπιστήμιο της Νότιας Καλιφόρνιας,
Ντάουγκ ΛαΡόου και Γιαν Άρμεντ,
κατάφεραν να υπολογίσουν ότι καθένα από τα μικροβιακά κύτταρα της βαθιάς θάλασσας
χρειάζεται μόνο ένα ζέπτοβατ ενέργειας.
Και προτού βγάλετε τα κινητά σας, ένα ζέπτο είναι 10 εις την μείον 2 -
γιατί ξέρω ότι θα ήθελα να το κοιτάξω αυτό.
Οι άνθρωποι από την άλλη,
χρειάζονται περίπου 100 βατ ενέργειας.
100 βατ είναι βασικά αν πάρεις έναν ανανά
και τον ρίξεις από το ύψος της μέσης στο έδαφος 881.632 φορές την ημέρα.
Αν το έκανες αυτό και το συνέεδες με μια τουρμπίνα,
θα παρείχε αρκετή ενέργεια ώστε να με κάνει να υπάρξω για μια μέρα.
Παρομοίως, ένα ζέπτοβατ,
είναι σαν να παίρνεις μόνο έναν κόκκο αλατιού,
κι έπειτα να φανταστείς ένα πολύ μικρό σφαιρίδιο
το οποίο είναι ένα χιλιοστό της μάζας του κόκκου αλατιού,
και να το ρίχνεις ένα νανόμετρο,
το οποίο είναι εκατό φορές μικρότερο από το μήκος κύματος του ορατού φωτός,
μια φορά την ημέρα.
Αυτό είναι το μόνο που χρειάζονται αυτά τα μικρόβια για να ζήσουν.
Είναι πολύ μικρότερη ενέργεια από όση θεωρούσαμε ότι μπορεί να υποστηρίξει ζωή,
όμως με κάποιον υπέροχα όμορφο τρόπο,
είναι αρκετή.
Αν λοιπόν αυτά τα μικρόβια
έχουν διαφορετική σχέση με την ενέργεια απ' ό,τι φανταζόμασταν,
τότε συνεπάγεται ότι πρέπει να έχουν διαφορετική σχέση και με τον χρόνο,
διότι όταν ζεις με τόση απειροελάχιστη ενέργεια,
η γρήγορη ανάπτυξη είναι αδύνατη.
Αν ήθελαν να εγκατασταθούν στον λαιμό μας και να μας αρρωστήσουν
θα απομακρύνονταν από τον γρήγορο στρεπτόκοκκο
προτού καν αρχίσουν την κυτταρική διαίρεση.
Γι' αυτό λοιπόν δεν τα βρίσκουμε ποτέ στον λαιμό μας.
Ίσως το ότι η βαθιά υποεπιφάνεια είναι τόσο βαρετή
τελικά μπορεί να είναι πλεονέκτημα γι' αυτά τα μικρόβια.
Δεν παρασύρονται από καταιγίδες.
Δεν καλύπτονται ποτέ από αγριόχορτα.
Το μόνο που έχουν να κάνουν είναι να υπάρχουν.
Ίσως αυτό που μας έλειπε από τα δικά μας τρυβλία Πέτρι
δεν ήταν φαγητό.
Ίσως δεν ήταν χημικό.
Ίσως αυτό που πραγματικά χρειάζονται,
η θρεπτική ουσία που θέλουν, να είναι ο χρόνος.
Όμως ο χρόνος είναι το μοναδικό πράγμα που δεν μπορώ να τους δώσω.
Ακόμη κι αν έχω μια κυτταρική καλλιέργεια που θα την δώσω στους φοιτητές μου
κι εκείνοι στους δικούς τους κ.ο.κ.
θα πρέπει να το κάνουμε αυτό για χιλιάδες χρόνια
μέχρι να αναπαράγουμε ίδιες συνθήκες με τη βαθιά υποεπιφάνεια,
και αυτό χωρίς να δημιουργήσουμε ρύπους.
Είναι απλώς αδύνατο.
Ίσως όμως με κάποιον τρόπο τα έχουμε ήδη αναπτύξει στα δοχεία μας
Ίσως είδαν όλο το φαγητό που τους προσφέραμε και είπαν,
«Ευχαριστώ, θα επιταχύνω τόσο πολύ
ώστε να κάνω ένα καινούριο κύτταρο τον επόμενο αιώνα».
Χριστέ μου! (Γέλια)
Γιατί λοιπόν η υπόλοιπη βιολογία κινείται τόσο γρήγορα;
Γιατί ένα κύτταρο πεθαίνει μέσα σε μια μέρα
κι ο άνθρωπος μετά από εκατό χρόνια;
Αυτά φαίνονται σαν εντελώς αυθαίρετα μικρά όρια
εάν σκεφτείς τη συνολική ποσότητα του χρόνου στο σύμπαν.
Όμως δεν είναι αυθαίρετα όρια.
Υπαγορεύονται από ένα απλό πράγμα,
και αυτό είναι ο ήλιος.
Από την ώρα που η ζωή εκμεταλλεύτηκε την ενέργεια του ήλιου με τη φωτοσύνθεση,
όλοι επιταχύναμε και μπήκαμε σε ημερήσιους και νυχτερινούς κύκλους.
Έτσι ο ήλιος μας έδωσε λόγο για να είμαστε γρήγοροι
αλλά και τα καύσιμα γι' αυτό.
Μπορείτε να φανταστείτε τη ζωή στη Γη σαν ένα κυκλοφορικό σύστημα
και ο ήλιος είναι η καρδιά μας.
Η βαθιά υποεπιφάνεια όμως είναι σαν κυκλοφορικό σύστημα
το οποίο είναι εντελώς αποκομμένο από τον ήλιο.
Αντίθετα, κινείται με μακρείς, αργούς γεωλογικούς ρυθμούς.
Προς το παρόν δεν υπάρχει κάποιο θεωρητικό όριο στη διάρκειας ζωής ενός κυττάρου.
Όσο υπάρχει η παραμικρή ενέργεια για εκμετάλλευση,
θεωρητικά ένα κύτταρο μπορεί να ζήσει
για εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια ή περισσότερο,
απλά αντικαθιστώντας σπασμένα κομμάτια με το πέρασμα του χρόνου.
Με το να ζητάς από ένα μικρόβιο που ζει έτσι, να μεγαλώσει στα δοχεία μας
τους ζητάς να προσαρμοστούν στον φρενήρη, ηλιοκεντρικό, γρήγορο τρόπο ζωής
και ίσως να έχουν καλύτερα πράγματα να κάνουν.
(Γέλια)
Φανταστείτε πώς θα ήταν να μαθαίναμε πώς το κάνουν αυτό.
Μπορεί να περιλαμβάνει κάποιες εξαιρετικά σταθερές ενώσεις
οι οποίες θα μπορούσαν να αυξήσουν τη διάρκεια ζωής
στον χώρο της βιοϊατρικής ή της βιομηχανίας;
Ή εάν βρίσκαμε τον μηχανισμό που χρησιμοποιούν
για να αναπτύσσονται τόσο εξαιρετικά αργά,
ίσως να μας ήταν χρήσιμος για τα καρκινικά κύτταρα και την αργή κυτταρική διαίρεση.
Δεν ξέρω.
Ειλικρινά όλα αυτά είναι εικασίες.
αλλά αυτό που ξέρω σίγουρα
είναι πως υπάρχουν εκατοντάδες δισεκατομμύρια
ζωντανά μικροβιακά κύτταρα
κάτω από τους ωκεανούς όλου του κόσμου.
Αυτό είναι 200 φορές παραπάνω από τη συνολική βιομάζα των ανθρώπων στη Γη.
Κι αυτά τα μικρόβια έχουν μια σχέση θεμελιωδώς διαφορετική
με τον χρόνο και την ενέργεια απ' ό,τι εμείς.
Αυτό που μοιάζει σαν μια μέρα γι' αυτά
μπορεί να είναι χιλιάδες χρόνια για εμάς.
Δεν ενδιαφέρονται για τον ήλιο
και δεν ενδιαφέρονται να αναπτυχθούν γρήγορα
και πιθανόν δεν τους καίγεται καρφί για τα πειράματά μου.
(Γέλια)
Όμως εάν εξακολουθήσουμε να βρίσκουμε δημιουργικούς τρόπους να τα μελετάμε
τότε ίσως τελικά να καταλάβουμε τι είναι η ζωή, κάθε είδους, στη Γη.
Ευχαριστώ.
(Χειροκρότημα)
Soy microbióloga oceanográfica en la Universidad de Tennessee,
y quiero hablarles sobre algunos microbios
que son tan extraños y maravillosos
que desafían nuestras suposiciones sobre cómo es la vida en la Tierra.
Y tengo una pregunta.
Por favor, levanten la mano si alguna vez pensaron que sería genial
ir al fondo del océano en un submarino.
Sí.
La mayoría de Uds., porque los océanos son geniales.
Ahora, por favor, levanten la mano
si la razón por la que levantaron la mano para ir al fondo del océano
es porque les acercaría un poco
a ese fango emocionante que está ahí abajo.
(Risas)
Nadie.
Soy la única en esta sala.
Pienso en esto todo el tiempo.
Paso la mayor parte de mis horas de vigilia
tratando de determinar cuán de profundo podemos entrar en la Tierra
y aún así encontrar algo, cualquier cosa, que esté viva,
porque todavía no sabemos la respuesta a esta pregunta muy básica
sobre la vida en la Tierra.
Y en la década de 1980 un científico llamado John Parkes, en el Reino Unido,
estaba igualmente obsesionado,
y se le ocurrió una idea loca.
Él creía que había una biosfera microbiana extensa, profunda y viva
debajo de todos los océanos del mundo
extendida sobre cientos de metros en el lecho marino,
lo que es genial,
pero el único problema es que nadie le creyó,
y la razón por la que nadie le creyó
es que los sedimentos oceánicos pueden ser el lugar más aburrido de la Tierra.
(Risas)
No hay luz solar, no hay oxígeno,
y quizás lo peor de todo,
no ofrece entregas de alimentos frescos durante literalmente millones de años.
No es necesario tener un doctorado en biología
para saber que ese es un mal lugar para buscar vida.
(Risas)
Pero en 2002 Steven D'Hondt convenció a suficientes personas
que estaba en algo lo que le llevó a recibir una expedición
en este buque de perforación, llamado Resolución JOIDES.
Y lo dirigió junto con Bo Barker Jørgensen de Dinamarca.
Y así finalmente pudieron obtener
buenas muestras prístinas del subsuelo profundo,
algunos sin contaminación de microbios de superficie.
Este barco de perforación puede perforar miles de metros debajo del océano,
y el barro aparece en núcleos secuenciales, uno después de otro,
núcleos largos, largos que se ven así.
Esto lo llevan científicos como yo, que vamos en estos barcos,
y procesamos los núcleos en los barcos y los enviamos a casa
a nuestros laboratorios caseros para su posterior estudio.
Y cuando John y sus colegas
obtuvieron estas primeras muestras prístinas de aguas profundas preciosas,
los colocaron bajo el microscopio,
y vieron imágenes que se veían bastante así,
que en realidad las tomó en una expedición más reciente
mi estudiante de doctorado, Joy Buongiorno.
Puedes ver las cosas nebulosas en el fondo.
Eso es barro. Eso es barro del océano de aguas profundas,
y los puntos verdes brillantes teñidos con el tinte verde fluorescente
son microbios reales y vivos.
Debo decirles algo realmente trágico sobre los microbios.
Todos se ven iguales bajo un microscopio.
Quiero decir, en una primera aproximación.
Puedes tomar los organismos más fascinantes del mundo,
como un microbio que literalmente respira uranio,
y otro que hace combustible para cohetes,
mezclarlos con algo de barro del océano,
ponerlos bajo un microscopio,
y son solo pequeños puntos.
Es muy molesto.
No podemos usar su apariencia para distinguirlos.
Tenemos que usar ADN, como una huella dactilar,
para decir quién es quién.
Y les enseñaré cómo hacerlo ahora mismo.
Inventé algunos datos y les mostraré algunos datos que no son reales.
Esto es para ilustrar cómo se vería
si un grupo de especies no estuviera relacionado entre sí en absoluto.
Y se puede ver cada especie
hay una lista de combinaciones de A, G, C y T,
que son las cuatro subunidades del ADN,
algo aleatoriamente desordenado, y nada se parece a nada más,
y estas especies no tienen ninguna relación entre sí.
Pero así es como se ve el ADN real,
de un gen que comparten estas especies.
Todo se alinea casi a la perfección.
Las posibilidades de obtener tantas de esas columnas verticales
donde cada especie tiene una C o cada especie tiene una T,
por azar, son infinitesimales.
Sabemos que todas esas especies tenían que haber tenido un ancestro común.
Todos son parientes el uno del otro.
Así que ahora les diré quiénes son.
Los dos arriba somos nosotros y los chimpancés,
que ya sabían que estaban relacionados, porque, quiero decir, obviamente.
(Risas)
Pero también estamos relacionados con cosas que no se nos parecen,
como pinos y la giardiosis, que es esa enfermedad gastrointestinal
se puede tener si no se filtra el agua en una excursión.
También estamos relacionados con bacterias E. coli y Clostridium difficile,
patógenos horribles y oportunistas que matan a muchas personas.
Pero también hay buenos microbios, como el Dehalococcoides ethenogenes,
que limpia nuestros desechos industriales.
Y, si tomo estas secuencias de ADN,
y luego uso las similitudes y diferencias entre ellos,
para hacer un árbol genealógico de todos nosotros
y para que se vea quién está estrechamente relacionado,
es así como aparece.
Para que pueda ver claramente, a simple vista,
que cosas como nosotros, la Giardia lamblia, los conejos y los pinos
son todos, como, hermanos,
y las bacterias son como nuestros primos antiguos.
Pero somos parientes de todos los seres vivos en la Tierra.
Y en mi trabajo a diario,
produzco evidencia científica contra la soledad existencial.
Y cuando obtuvimos estas primeras secuencias de ADN,
desde el primer crucero de muestras prístinas del subsuelo profundo,
queríamos saber dónde estaban.
Y lo primero que descubrimos es que no eran extraterrestres,
porque podríamos hacer que su ADN se alineara con todo lo demás en la Tierra.
Pero ahora vean a dónde van en nuestro árbol de la vida.
Lo primero que notarán es que hay muchos de ellos.
No era solo una pequeña especie
que logró vivir en este horrible lugar.
Es un montón de cosas.
Y lo segundo que notarán,
con suerte, es que no se parecen a nada que hayamos visto antes.
Son tan diferentes el uno del otro
como son de todo lo que conocíamos antes
como somos nosotros de los pinos.
John Parkes estaba completamente en lo correcto.
Él, y nosotros, habíamos descubierto un completamente nuevo y muy diverso
ecosistema microbiano en la Tierra
que nadie sabía que existía antes de los años ochenta.
Estábamos en una buena racha.
El siguiente paso fue cultivar esas especies exóticas en una placa de Petri
para hacer experimentos reales con ellas
como se supone que deben hacer los microbiólogos.
Pero con independencia de lo que les dimos,
ellos se negaron a crecer
Incluso ahora, 15 años y muchas expediciones más tarde,
ningún humano ha logrado hacer crecer uno de estos microbios exóticos
del subsuelo profundo en una placa de Petri.
Y no es por falta de intentos.
Eso puede sonar decepcionante,
pero en realidad lo encuentro estimulante,
porque significa que hay muchas incógnitas incitantes en las que trabajar.
Mis colegas y yo tuvimos lo que pensamos que era una gran idea.
Íbamos a leer sus genes como un libro de recetas,
averiguar qué era lo que querían comer y ponerlo en sus placas de Petri,
y luego ellos crecerían y serían felices.
Pero cuando miramos sus genes,
resulta que lo que querían comer era la comida que ya les estábamos dando.
Y eso fue un total fracaso.
Había algo más que querían en sus placas de Petri
que simplemente no les dábamos.
Así que combinando medidas de muchos lugares diferentes
alrededor del mundo,
mis colegas en la Universidad del Sur de California,
Doug LaRowe y Jan Amend,
lograron calcular que cada una de esas células microbianas de aguas profundas
requiere solo de un zeptowatt de potencia,
y antes de que abran sus teléfonos, un zeptowatt es de 10 a la menos 21,
porque sé que a mí me gustaría mirar eso.
Los humanos, por otro lado,
requieren alrededor de 100 vatios de potencia.
Y 100 vatios es básicamente si uno agarra una piña y
la deja a caer de la altura de la cintura hasta el suelo 88 1632 veces por día.
Si lo hiciéramos y luego lo conectáramos a una turbina,
eso crearía suficiente energía para hacernos pasar un día.
Un zeptowatt, en términos similares,
es si se toma solo un grano de sal
y luego uno se imagina una pequeña, pequeña pelota,
eso es una milésima de la masa de ese grano de sal,
y luego lo dejas caer un nanómetro,
que es cien veces más pequeño que la longitud de onda de la luz visible,
una vez al día.
Eso es todo lo que se necesita para hacer que estos microbios vivan.
Eso es menos energía de lo que pensamos sería capaz de soportar la vida,
pero de alguna manera, increíblemente, bellamente,
es suficiente.
Si estos microbios profundos subsuperficiales
tienen una relación muy diferente con la energía de lo que creíamos,
se deduce que tendrán que tener
una relación diferente con el tiempo también.
Porque cuando se vive en tan pequeños gradientes de energía,
el crecimiento rápido es imposible.
Si estas cosas quisieran colonizar nuestras gargantas y enfermarnos,
serian echados por estreptococos de veloz crecimiento
antes de que pudieran iniciar su división celular.
Y por eso nunca los encontramos en nuestras gargantas.
Tal vez el hecho de que el subsuelo profundo es tan aburrido
es realmente un activo para estos microbios.
Nunca son arrastrados por una tormenta.
Nunca dejan de crecer por las malas hierbas.
Todo lo que tienen que hacer es existir.
Tal vez esa cosa que nos faltaba en nuestras placas de Petri
no era comida en absoluto.
Quizás no fue un químico.
Tal vez lo que realmente quieren,
el nutriente que quieren, es tiempo.
Pero el tiempo es lo único que nunca podré darles.
Incluso si tengo un cultivo celular que paso a mis estudiantes de doctorado,
quien se lo pasa a sus estudiantes de doctorado, y así sucesivamente,
Tendríamos que hacer eso durante miles de años
para imitar las condiciones exactas del subsuelo profundo,
todo sin cultivar ningún contaminante.
Simplemente no es posible.
Pero de alguna manera ya los hemos cultivado en nuestras placas de Petri.
Tal vez vieron toda la comida que les ofrecimos y dijeron:
"Gracias, voy a acelerar tanto
que voy a hacer una nueva célula el próximo siglo.
Uy.
(Risas)
Y, ¿por qué el resto de la biología se mueve tan rápido?
¿Por qué una célula muere después de un día?
y un humano muere después de solo cien años?
Estos parecen límites realmente arbitrariamente cortos
cuando se piensa en la cantidad total de tiempo en el universo.
Pero estos no son límites arbitrarios.
Están dictados por una cosa simple,
y esa cosa es el sol
Una vez que la vida descubrió cómo aprovechar la energía del sol
a través de la fotosíntesis,
todos tuvimos que acelerar y lograr ciclos de día y de noche.
De esa manera, el Sol nos dio a ambos una razón para ser rápidos
y el combustible para hacerlo.
Se puede ver la mayor parte de la vida en la Tierra como un sistema circulatorio,
y el sol es nuestro corazón latente
Pero el subsuelo profundo es como un sistema circulatorio
completamente desconectado del Sol
pero impulsado por ritmos geológicos largos y lentos.
Actualmente no existe un límite teórico sobre la vida útil de una sola célula.
Mientras haya al menos un pequeño gradiente de energía para explotar,
teóricamente, una sola célula podría vivir
durante cientos de miles de años o más,
simplemente reemplazando partes rotas con el tiempo.
Pedirle a un microbio que vive así que crezca en nuestras placas de Petri
es pedirles que se adapten a muestra forma de vida frenética,
centrada en el Sol, pero quizá ellos tengan cosas mejores que hacer,
(Risas)
Imagínense si pudiéramos descubrir cómo lograron hacer esto.
¿Y si involucra algunos compuestos interesantes y ultraestables?
que podríamos usar para aumentar la vida útil
en aplicaciones biomédicas o industriales?
O tal vez si descubrimos el mecanismo que usan
para crecer tan extraordinariamente lentos,
podríamos imitarlo en las células cancerosas
y frenar la división celular incontrolada.
No lo sé.
Es decir, honestamente, eso es toda especulación,
pero lo único que sé con certeza
es que hay cien billones de billones
de células microbianas vivientes
subyacentes a todos los océanos del mundo.
Eso es 200 veces más que la biomasa total de humanos en este planeta.
Y esos microbios tienen una relación fundamentalmente diferente
con el tiempo y la energía que nosotros.
Lo que parece un día para ellos
podría ser mil años para nosotros.
No les importa el Sol,
y no les importa crecer rápido,
y probablemente no les importa un comino mi placa de Petri...
(Risas)
pero si podemos continuar encontrando maneras creativas de estudiarlos,
tal vez finalmente descubramos cómo es la vida, toda la vida en la Tierra.
Gracias.
(Aplausos)
من یک میکروبشناس اقیانوس در دانشگاه تنسی هستم.
و میخواهم با شما دوستان درباره برخی میکروبها که
بسیار عجیب و شگفتانگیز هستند، صحبت کنم
آنها فرضیههای ما درباره این که زندگی بر روی زمین چگونه است را به چالش میکشند.
بنابراین یک سوال دارم.
لطفا دستهایتان را بالا ببرید اگر تا به حال به این فکرکردهاید
که جالب است درون یک زیردریایی به اعماق اقیانوس برویم؟
بله.
اکثر شما، چون اقیانوسها بسیارجالب هستند.
خیلی خب، حالا-- دستهایتان را بالا ببرید
اگر دلیل بلند کردن دستتان برای رفتن به اعماق اقیانوس به این خاطر است که
تا حدی شما را به گل و لای جالب موجود
آن زیر نزدیک میکند.
(خنده)
هیچکس!
فقط من یک نفر.
بسیارخب، من دراین باره همیشه فکر میکنم.
اکثر ساعات بیداریام را صرف
تلاش برای مشخص کردن این میکنم که چقدر میتوانیم درون زمین برویم
وهنوز چیزهایی،هرچیز زنده ای را پیدا کنیم،
به این علت که ماهنوز پاسخ این سوال بسیار اساسی درباره زندگی
بر روی زمین را نمی دانیم.
بنابراین در ۱۹۸۰، دانشمندی به نام جان پارکس، در بریتانیا،
که وسواس بود،
و او با یک ایده دیوانهوار آمد.
او معتقد بود که زندگی میکروبی زیستسپهری عظیم و عمیقی در بستر
اقیانوسهای جهان وجود دارد
که صدها متر در کف دریا توسعه یافته است،
که جالب است،
اما تنها مشکل این است که هیچکس او را باور نداشت،
و دلایلی که هیچکس او را باور نمی کرد
این است که رسوبات اقیانوسی ممکن است خسته کننده ترین مکان روی زمین باشد.
(خنده)
هیچ نورخورشیدی، هیچ اکسیژنی وجود ندارد،
و شاید بدتر از همه،
هیچ تحویل غذای تازه ای هم به معنای واقعی کلمه میلیونها سال است که وجود ندارد.
نباید دکترای زیست شناسی داشته باشید
تا بدانید که آنجامکان خوبی برای جستجوی زندگی نیست.
(خنده)
اما در ۲۰۰۲، استیون جان عده زیادی از مردم را متقاعد کرد
که او چیزی را کشف کرده که در حقیقت باید با کشتی حفاری که جویدس رزلوشن
نامیده می شود به سفرعلمی برود.
و او این کار را با بوبارکر یورگنسن از دانمارک انجام داد.
بنابراین در نهایت آنها موفق به یافتن
نمونههای اولیه زیرزمینی خوب شدند
که در حقیقت عاری از آلودگی میکروبهای سطحی بودند.
این کشتی حفاری قادر به حفر کردن هزاران متر در بستر اقیانوس،
و بالا آوردن گل و لای به شکل هستههای متوالی یکی پس از دیگری بود---
هستههای بسیار بلندی که این شکلی هستند.
اینها توسط دانشمندانی مثل من که روی این کشتی ها می رویم حمل می شود،
ما هستهها را در این کشتیها تهیه میکنیم و به خانه میفرستیم
آزمایشگاههای خانگیمان برای تحقیقات بیشتر
بنابراین وقتی جان و همکارانش
این نمونههای اولیه گرانبهای دریایی را یافتند،
آن را زیر میکروسکوپ گذاشتند،
و تصویرهایی را مشاهده کردند که خیلی شبیه به این بود،
که درحقیقیت به وسیله دانشجوی دکترای من جوی بونجورنو
از سفر علمی اخیر گرفته شده است.
میتوانید چیزهای مبهمی در پس زمینه مشاهده کنید.
آن گل و لای است. گل و لای عمیق دریایی و اقیانوسی،
ونقطههای سبز و روشنی که با رنگ فلوئورسنت سبز رنگ آمیزی شدهاند
میکروبهای زنده واقعی هستند.
حالا میخواهم چیزی غمناک درباره میکروبها برایتان بگویم.
همه آنها زیر میکروسکوپ شبیه به هم هستند،
منظورم این است که تقریبا در نگاه اول
شما میتوانید شگفتانگیزترین موجود زنده جهان مثل یک میکروب
که به معنای واقعی کلمه اورانیوم استنشاق میکند را بگیرید
ونوعی دیگر که سوخت موشک میسازد،
با مقداری گل ولای اقیانوس ترکیب
کنید زیر میکروسکوپ بگذارید،
و فقط نقطههای کوچکی باشند.
واقعا رنجآوراست.
بنابراین نمیتوانیم ازروی شکل آنها را تفکیک کنیم
ما باید از DNAاستفاده کنیم، مثل اثر انگشت،
تا بفهمیم کی به کی است.
به شما دوستان خواهم آموخت که چگونه انجامش دهید
مقداری اطلاعات آماده کردم و می خواهم اطلاعاتی به شما نشان دهم که واقعی نیستد.
برای شرح دادن این است که چطور به نظر میرسد
اگر یک دسته از گونهها به هیچ وجه به یک دیگر وابسته نبودند.
خب شما میتوانید ببینید که گونه ها
یک لیست از ترکیبات A،G،C وT دارند.
که ۴ تا از زیرمجموعههای DNAهستند،
نوعی ترکیب تصادفی است، وهیچ چیزی شبیه چیز دیگری نیست،
و این گونهها مجموعا به یک دیگر نامربوط هستند.
اما این شکل واقعی DNA از یک ژن است
که این گونهها را تقسیم میکند.
همه چیز تقریبا عالی تنظیم شده است.
شانس گرفتن بسیاری از آن جدولهای عمودی
جایی که هر گونهای یک C یا هر گونه ای یک T دارد،
به طور تصادفی، بسیار کم است.
ما میدانیم که همه آن گونهها اجداد مشترکی داشته بودند.
همه آنها خویشاوندان یکدیگر هستند.
حالا میخواهم بگویم که آنها که هستند.
دوتای بالا ما و شامپانزه ها هستیم،
همگی قبلا میدانستید که به هم مرتبط هستند، چون که واضح است.
(خنده)
اما ما همچنین به چیزهایی مرتبط میشویم که به آن شکل نیستیم،
مثل درخت کاج و ژیاردیا(نوعی تک سلولی)، که بیماری گوارشی است که
میتوانید به آن دچار شوید اگر آب را هنگام کوهنوردی تصفیه نکنید.
همچنین مرتبط با باکتری E.Coli و باکتری کلستریدیم هستیم که یک
باکتری وحشتناک، فرصت طلب و بیماریزا است که عده زیادی از مردم را میکشد.
البته میکروبهای مفیدهم همچنین وجود دارند، مثل Dehalococcoides ethenogene
که ضایعات صنعتی ما را برایمان تمیز میکند.
خب اگر من این توالی DNA را بردارم،
و سپس از شباهتها و تفاوتهای بین آنها، استفاده کنم
تا یک شجرهنامه برای خودمان بسازم
تا ببینید که چه کسی بسیار مرتبط است
و این شکل آن است.
بنابراین شما میتوانید در یک نظر به وضوح ببینید،
که چیزهایی مثل ما و ژیاردیا وخرگوشها و درختان کاج
همگی مثل خواهر و برادر هستند،
و باکتریها همگی مثل عموزادههای اجدادی ما هستند.
ما مرتبط به هر چیز زنده ای بر روی زمین هستیم.
بنابراین در شغل من، به صورت روزانه،
باید علیه تنهایی موجود شواهد علمی تولید کنم.
وقتی که اولین توالیهای DNA را از نخستین کشتی گرفتیم،
نمونههای تازه را از اعماق زمین آورده بود،
میخواستیم که بدانیم آنها کجا بودند.
پس اولین چیزی که کشف کردیم آن بود که باهم غریبه نبودند،
به علت این که توانستیم DNA آنها را بگیریم تا باهرچیزدیگری درزمین تنظیم کنیم.
حالا بررسی می کنیم که آنها در کجای شجره نامه ما قرار می یرند.
اولین چیزی به آن توجه خواهید کرد این است که بسیار متعدد هستند.
فقط یکی از گونهها نبود که
موفق به زندگی کردن در این مکان وحشتناک شد.
خیلی چیزها هست.
و دومین چیزی که به آن توجه خواهید کرد،
این است که، خوشبختانه شبیه هیچ چیزی نیست که قبلا دیدهایم.
آنها به حدی باهم تفاوت دارند که
با هرچیز دیگری که قبلا میشناختیم هم تفاوت دارند
چون که ما از درختان کاج هستیم.
بنابراین کاملا حق با جان پارکس بود.
او و ما، سیستم میکروبی کاملا جدید و به شدت متفاوت
را در زمین کشف کردیم
که حتی هیچکس قبل ازسال ۱۹۸۰ نمیدانست که وجود دارد.
ما روی نوار موفقیت بودیم.
گام بعدی پروراندن این گونههای عجیب در ظرف پتری(ظروف آزمایشگاهی)بود
میتوانستیم آزمایشهای واقعی رویشان انجام دهیم
مثل کاری که میکروب شناسها انجام میدهند.
اما بدون توجه به تغذیهشان،
در رشد کردن مضایقه میکردند.
حتی الان، ۱۵ سال و بعد از سفرهای علمی متعدد
هیچ بشری یک دانه از این میکروبهای عجیب موجود در اعماق زمین را نگرفته
که در ظرف پتری رشد کند.
اما این برای عدم تلاش نیست.
ممکن است ناامید کننده به نظر برسد،
اما حقیقتا آن را هیجان انگیز یافتم
چون به این معناست که مجهولات جذاب متعددی وجود دارند که باید روی آنها کار کرد
مثل چیزی که من و همکارانم فکر میکردیم یک ایده بسیارعالی بود.
قصد داشتیم ژنهای آنها را مثل یک کتاب دستورآشپزی بخوانیم، متوجه شدیم
که آنها چه چیزی برای خوردن میخواستند و آن را در ظروف پتری بگذاریم
و سپس آنها رشد خواهند کرد و خوشحالاند.
اما وقتی به ژنهایشان نگاه کردیم
کاشف به عمل آمد که چیزی که برای خوردن میخواهند غذایی است که قبلا به آنها دادیم.
بنابراین یک کارکاملا بیهوده بود.
آنها چیز دیگری در ظروف پتری خودشان میخواستند
که ما به آنها نداده بودیم.
با ترکیب سنجشها ازمکانهای متفاوت و متعدد
دور تا دور جهان،
همکاران من در دانشگاه جنوب کالیفرنیا،
داگ لارو و یان آمند
قادر به محاسبه این شدند که هرکدام از این سلولهای میکروبی عمیق دریایی
تنها نیاز به یک زپتووات انرژی دارند،
قبل از اینکه موبایلهایتان را در بیاورید، یک زپتو ۱۰ به توان منفی ۲۱ است،
چون میدانستم که میخواستم دنبالش بگردم.
به عبارت دیگر، انسانها
نیاز به حدود ۱۰۰ وات انرژی دارند.
۱۰۰ وات اساسا این است که یک آناناس را روزانه ۸۸۱،۶۳۲ بار از ارتفاعی
در حدود کمر روی زمین بیندازیم.
اگر این کار را کردید بعدش به یک توربین وصل کنید،
چون که انرژی کافی برای من در یک روز را ایجاد میکند.
یک زپتووات، اگر در شرایط مشابه در نظر بگیرید،
این است که اگر فقط یک دانه نمک را بگیرید
و سپس فرض کنید که یک توپ بسیار بسیار کوچک
که یک هزارم آن دانه نمک است
را یک نانومتر بیاندازید،
که صد بار کوچکتر از طول موج نور مرئی است،
یک بار در روز.
این کل چیزی است که باعث میشود این میکروبها زنده بمانند.
این مقدار انرژی کمتر از آن چیزی است که ما فکر میکردیم قادر به حمایت از زندگی باشد،
اما به هر نحوی، به صورت خارقالعاده و زیبایی،
کافی است.
خب اگراین میکروبهای زیر زمینی
رابطه متفاوتتری با انرژی نسبت به آن چیزی که فکر میکردیم داشته باشند،
خب به این معناست که مجبور خواهند بود که
به خوبی با زمان رابطهای متفاوتی داشته باشند،
چون وقتی که با سطوح کوچکی از انرژی زندگی میکنند،
رشد سریع غیر ممکن است.
اگراین چیزها میخواهند گلوهای ما را استعمار و مریضمان کنند،
باید از استرپتوکوکوسهایی که سریع رشد میکنند خارج شوند
حتی قبل از این که شروع به تقسیم سلولی بکنند.
به این علت است که هرگز آنها را در گلوهایمان پیدا نمیکنیم.
شاید این حقیقت که سطوح عمقی خیلی خستهکننده هستند
در واقع دارایی این میکروبهاست.
آنها هرگز با طوفانها از پا در نمیآیند.
آنها هرگز با علفهای هرز رشد نمیکنند.
کل کاری که باید بکنند زیستن است.
شاید آن چیزی که ما در ظروف پتری نگذاشته بودیم
اصلا غذا نبود.
شاید یک ماده شیمیایی نبود.
شاید آن چیزی که واقعا میخواستند،
آن ماده مغذی که میخواستند زمان بود.
اما زمان یک چیزی بود که هرگز نمیتوانستم به آنها بدهم.
اگر حتی یک کشت سلولی داشتم که آن را به دانشجویان دکترا میدادم،
کسانی که آن را به دانشجویان دکترای خودشان میدادند
همین طور ما برای هزاران سال آن کار را به منظور تقلید
شرایط دقیق سطوح زیرزمینی انجام میدادیم،
بدون هیچ گونه آلایندهای.
که غیر ممکن است.
اما شاید به شیوهای که آنها را در ظروف پتری رشد دادهایم
شاید به غذاهایی که بهشان داده بودیم نگاه میکردند و میگفتند
«ممنون، قصد دارم با سرعت زیادی رشد کنم
که یک سلول جدید را در قرن بعدی بسازم.
اوخ.»
(خنده)
خب پس چرا زیست شناسی سریع رشد میکند؟
چرا یک سلول بعد از یک روز
ویک انسان بعد از فقط صد سال میمیرد؟
این مثل یک محدودیت کوتاه مدت خودسرانه به نظر میرسد
وقتی که در مورد کل زمان در جهان فکر میکنید.
اما اینها محدودیتهای خودسرانه نیستند.
آنها به وسیله یک چیز ساده به ما دیکته شدهاند،
و آن چیز خورشید است.
وقتی زندگی فهمید که چگونه انرژی خورشید را از طریق
فتوسنتز مهار کند،
باید سرعت را بیشتر میکردیم و در چرخههای شب و روز پیش میرفتیم
به این طریق، خورشید هر دو دلیل سریع بودن و
سوخت برای انجام کارها را به ما داد
میتوانید به زندگی روی زمین مثل یک سیستم گردش خون نگاه کنید،
و خورشید قلب تپنده ما است.
قسمتهای عمیق زیرزمینی هم مثل یک دستگاه گردش خون هستند
که کاملا از خورشید جدا هستند.
به جای آن به وسیله ریتمهای بلند وآهسته زمین شناسی رانده میشوند.
اخیرا هیچ محدودیت تئوری برای طول عمر یک سلول مجزا وجود ندارد.
تا مادامی که حداقل یک مقدارکم انرژی برای بهره برداری وجود داشته باشد،
به صورت نظری، یک سلول مجزا میتواند
به آسانی برای صدها هزار سال یا بیشتر،
با جایگزینی قسمتهای شکسته شده درطول زمان زندگی کند
درخواستی که از یک میکروب که به این شکل در ظروف پتری ما رشد می کند، این است که
از آنها بخواهیم خودشان را با زندگی خورشید محور و شیوه سریع زندگی انطباق بدهند،
شاید که بتوانند کارهای بهتری نسبت به قبل انجام بدهند.
(خنده)
فرض کنید اگر میتوانستیم بفهمیم که چگونه این کار را انجام میدهند.
چه میشد اگر مقداری ترکیبات فوقالعاده پایدار را درگیر میکردیم
تا بتوانیم از آنها برای افزایش عمر مفید
دربرنامههای کاربردی پزشکی و صنعتی استفاده کنیم؟
یا شاید اگر مکانیزمی که برای رشد فوق العاده آهستهای
که استفاده میکنند را میدانستیم،
میتوانستیم از آن در سلولهای سرطانی و روند تقسیم سلولی تقلید کنیم.
نمیدانم.
منظورم این است که، صادقانه، همگی حدس و گمان هستند،
ولی تنها چیزی که با صراحت میدانم
این است میکروبهای زنده بسیار
کثیری در بستر تمامی
اقیانوسهای جهان وجود دارند.
که ۲۰۰ برابر بیشتر از کل تودههای انسانی روی این کره است.
و آن میکروبها اساسا رابطه متفاوتتری با
زمان و انرژی نسبت به ما دارند.
چیزی که برایشان به اندازه یک روز به نظر میرسد
ممکن است برای ما هزاران سال باشد.
آنها اصلا به خورشید
و رشد سریع اهمیتی نمیدهند.
و شاید یک لعنت هم به ظروف پتری من هم نمیفرستند...
(خنده)
اما اگر بتوانیم به پیدا کردن راههای خلاقانه برای مطالعه آنها ادامه بدهیم،
شاید بعدا بتوانیم درنهایت بفهمیم که زندگی، همه زندگیها،در زمین چه شکلی است.
ممنونم.
(تشویق)
Je suis microbiologiste des milieux marins à l'Université du Tennessee.
et je vais vous parler de certains microbes
qui sont si étranges et merveilleux
qu'ils remettent en question la vie sur Terre.
J'ai une question.
Levez la main si vous avez déjà pensé que ce serait génial
d'aller au fond de l'océan en sous-marin ?
Ok.
Vous l'avez levée car les océans sont géniaux.
Ok, maintenant, s'il vous plaît levez la main
si la raison pour laquelle vous avez levé la main avant,
c'est parce que vous voulez vous rapprocher
de la fascinante boue des fonds marins.
(Rires)
Personne.
Je suis la seule dans cette salle.
En effet, je pense à ça tout le temps.
Je passe la plupart de mes journées
à essayer de déterminer jusqu'à quelle profondeur on peut aller sur Terre,
et trouver encore quelque chose, n'importe quoi, qui soit vivant,
car on ne connaît pas encore la réponse à cette simple question
concernant la vie sur Terre.
Dans les années 80, au Royaume-Uni, le scientifique John Parkes
était tout aussi obsédé que moi, et il a eu une idée folle.
Il pensait qu'il y avait une vaste et profonde biosphère microbienne vivante
sous tous les océans du monde,
s'étendant sur des centaines de mètres.
C'est génial, mais le seul problème, c'est que personne ne l'a cru,
et personne ne l'a cru parce que
la sédimentation océanique est sans doute la chose la moins intéressante sur Terre.
(Rires)
Il n'y a pas de lumière, pas d'oxygène,
et surtout,
il n'y a pas de nourriture fraîche sur place depuis des millions d'années.
Pas besoin d'être docteur en biologie
pour savoir qu'il y a mieux comme endroit pour vivre.
(Rires)
Mais en 2002, Steven D'Hondt a convaincu assez de gens
qu'il tenait quelque chose, pour qu'il parte finalement en expédition
sur ce bateau de forage, appelé le JOIDES Resolution.
Il a dirigé ça avec le Danois Bo Barker Jørgensen.
Ils ont finalement pu obtenir
de purs échantillons venant des profondeurs sous-marines,
certains sans contamination venant des microbes en surface.
Ce bateau de forage est capable de forer des milliers de mètres sous l'océan,
la boue remonte à la surface en carottes régulières,
de longues, très longues carottes qui ressemblent à ça.
Elles sont transportées sur des navires par des scientifiques,
puis sont traitées, et envoyées chez nous dans nos laboratoires
où on les examine davantage.
Quand John et ses collègues
ont obtenu ces précieux premiers échantillons venant du fond des océans,
ils les ont placés sous un microscope,
et ont vu des images qui ressemblaient à ça.
Elles ont été prises lors d'une récente expédition
par mon doctorant, Joy Buongiorno.
On peut voir une masse trouble à l'arrière-plan.
C'est de la boue. Elle vient du fond de l'océan,
et les points vert brillant tâchés de vert fluorescent
sont de vrais microbes vivants.
Mais je dois dire quelque chose de tragique sur les microbes.
Ils se ressemblent tous avec un microscope,
enfin, à première vue.
On peut prendre le plus fascinant des organismes au monde,
un microbe qui respire littéralement de l'uranium par exemple,
et un autre qui produit du propergol,
on les mélange avec de la boue,
on les met sous un microscope,
et ce sont juste des petits points.
C'est vraiment agaçant.
On ne peut pas les différencier par leurs apparences.
On doit utiliser l'ADN, comme une empreinte,
pour dire qui est qui.
Je vais vous expliquer comment les distinguer.
J'ai inventé des données, je vais vous en montrer certaines, fictives.
Ça illustrera à quoi ça ressemblerait
si plusieurs espèces n'étaient pas de la même famille.
Donc vous pouvez voir que chaque espèce
a une liste de combinaisons en A, G, C et T,
qui sont les 4 sous-unités de l'ADN,
une sorte de désordre aléatoire, où rien ne ressemble à rien d'autre,
et ces espèces n'ont aucun lien entre elles.
Voilà à quoi ressemble un vrai ADN,
à partir d'un gène que ces espèces partagent.
Tout s'aligne presque parfaitement.
Les chances d'avoir autant de colonnes verticales
où chaque espèce a un C, ou un T, de manière aléatoire,
sont minuscules.
Donc on sait que toutes ces espèces devaient avoir un ancêtre commun.
Ils ont tous un lien de parenté.
Je vais donc vous l'expliquer.
Les deux premiers sont les humains et les chimpanzés,
qui sont, comme vous les savez, de la même famille, car... évidemment.
(Rires)
On a aussi un lien avec des choses ne nous ressemblant pas,
comme des pins, ou Giardia - une espèce responsable d'une maladie intestinale
présente dans de l'eau non filtrée en randonnée.
On a aussi un lien avec des bactéries comme E. coli ou Clostridium difficile,
un agent pathogène affreux et opportuniste qui peut être mortel.
Mais il y a évidemment des bons microbes comme le Dehalococcoides ethenogenes,
qui nettoie les déchets industriels à notre place.
Si je prends ces séquences ADN,
que j'utilise les similarités et les différences entre elles
pour faire un arbre généalogique afin de voir qui a le plus de liens,
voilà ce que ça donne.
Donc vous pouvez voir, en un coup d'œil,
que les choses comme nous : Giardia, les lapins, les pins,
sont tous comme des frères et sœurs,
et les bactéries sont comme nos cousins lointains.
Mais on est parents avec toutes les choses vivantes sur Terre.
Donc tous les jours, dans mon travail,
je dois trouver des preuves scientifiques réfutant la solitude existentielle.
Quand on a reçu ces premières séquences ADN
lors de la première croisière, de purs échantillons venant du fond de l'océan,
on voulait savoir où elles étaient.
D'abord, on a découvert qu'elles n'étaient pas extraterrestres,
car leur ADN pourrait s'aligner avec celle de toute autre chose terrestre.
Maintenant, regardez où elles vont sur notre arbre de vie.
D'abord, vous allez remarquer qu'elles sont partout.
Il n'y avait pas juste une espèce
qui avait pu vivre dans ce lieu horrible.
Il y en avait plein.
Ensuite, vous allez remarquer,
je l'espère, qu'elles ne ressemblent à rien de ce qu'on a vu avant.
Elles ont autant de différences entre elles,
qu'avec le reste des espèces,
que les hommes en ont avec les pins.
Donc John Parkes avait raison.
Il avait découvert, et nous aussi,
un tout nouveau écosystème microbien diversifié sur Terre
dont personne ne connaissait l'existence avant les années 80.
L'aventure pouvait commencer.
L'étape d'après était de faire grandir ces espèces dans une boîte de Pétri
afin de mener de réelles expériences sur elles
comme les scientifiques sont censés faire.
Et malgré ce qu'on leur donnait,
elles refusaient de grandir.
Même maintenant, 15 ans après et quelques expéditions plus tard,
personne n'est parvenu à obtenir un seul de ces microbes exotiques sous-marins
dans une boîte de Pétri.
Ce n'est pas faute d'avoir essayé.
Ça peut sembler décevant,
mais en fait, je trouve ça exaltant
car ça signifie qu'il y a de nombreux mystères fascinants à résoudre.
En fait, mes collègues et moi avons compris ce qui n'allait pas.
On s'apprêtait à lire leurs gènes comme on lit un livre de cuisine :
trouver ce qu'elles voulaient manger, le mettre dans leur boîte de Pétri,
et elles grandiraient, heureuses.
Sauf qu'on a regardé leurs gènes,
et on a vu que ce qu'elles voulaient manger, c'était ce qu'on leur donnait.
Donc c'était un bide total.
Elles voulaient autre chose dans leur boîte de Pétri
qu'on ne leur donnait pas.
En associant des mesures de plusieurs endroits différents dans le monde,
mes collègues de l'Université de la Californie du Sud,
Doug LaRowe et Jan Amend,
ont pu déterminer que chacune de ces cellules microbiennes
a seulement besoin d'un zeptowatt d'énergie,
et avant que vous sortiez vos téléphones, un zepto, c'est 10 puissance moins 21,
je sais que j'aurais cherché ça aussi.
Les humains, eux,
ont besoin d'environ 100 watts d'énergie.
On atteint 100 watts si on prend un ananas et qu'on le laisse tomber
par terre de cette hauteur 881 632 fois par jour.
Si on fait ça en le reliant à une turbine,
ça créerait assez d'énergie pour me faire tenir une journée.
Un zeptowatt, si on explique ça de manière similaire,
revient à prendre juste un grain de sel
et à imaginer une minuscule infime petite balle
qui est un millième de la masse de ce grain de sel,
et qu'on la laisse tomber à hauteur d'un nanomètre,
qui est une centaine de fois plus petit que la longueur d'ondes de la lumière,
une fois par jour.
C'est la seule chose dont ces microbes ont besoin pour vivre.
On n'aurait jamais pu imaginer qu'ils aient besoin de si peu d'énergie,
mais curieusement, étonnamment, et merveilleusement,
c'est suffisant.
Si ces microbes sous-marins
ont une relation avec l'énergie si différente de ce que l'on pensait,
alors ils doivent aussi avoir
une relation différente avec le temps,
car lorsqu'on on vit avec si peu de gradient énergétique,
une croissance rapide est vaine.
Si ces trucs veulent envahir nos gorges et nous rendre malades,
un streptocoque à croissance rapide les expulserait
avant le début de la division cellulaire.
C'est pourquoi on ne les trouve jamais dans nos gorges.
Peut-être que le fait que les profondeurs sous-marines soient si ennuyeuses
est un avantage pour ces microbes.
Ils ne sont jamais balayés par une tempête.
Ils ne se font jamais envahir par les algues.
Tout ce qu'ils ont à faire, c'est exister.
Peut-être que la chose qu'il manquait dans nos boîtes de Pétri,
ce n'était pas de la nourriture.
Ni un produit chimique.
Ce qu'ils veulent vraiment,
le nutriment qu'ils ont besoin, c'est peut-être le temps.
Mais le temps est une chose que je ne pourrai jamais leur donner.
Même si j'ai une culture de cellules que je donne à mes doctorants,
qu'ils passeront à leurs étudiants et ansi de suite,
on devrait faire ça pendant des milliers d'années
pour reproduire les conditions exactes des profondeurs sous-marines,
le tout sans faire grandir de contaminants.
C'est impossible.
Mais peut-être qu'on les a fait grandir dans nos boîtes de Pétri.
Avec la nourriture qu'ils ont reçue, ils ont peut-être dit :
« Merci, je vais tellement aller vite
que dans un siècle, il y aura une nouvelle cellule. »
Pouah.
(Rires)
Alors pourquoi le reste de la biologie change si vite ?
Pourquoi une cellule meurt en un jour
et l'Homme seulement après une centaine d'années ?
Cela semble des limites arbitraires très courtes
quand on pense au temps dans l'univers.
Mais elles ne sont pas arbitraires.
Elles sont dictées par une seule et simple chose,
et cette chose, c'est le Soleil.
Quand la vie a trouvé comment maîtriser l'énergie solaire par la photosynthèse,
on a tous dû aller plus vite et s'adapter au cycle jour/nuit.
Non seulement le Soleil nous a donné une raison d'aller vite,
mais aussi l'énergie d'y arriver.
On peut voir la vie sur Terre comme un système circulatoire,
dont le Soleil est le cœur.
La surface sous-marine est comme un système circulatoire
sauf qu'elle est complètement déconnectée du Soleil.
Elle est plutôt déterminée par de lents et longs rythmes géologiques.
Il n'y a pour le moment pas de limite théorique à la durée de vie d'une cellule.
Tant qu'il y a au moins un minuscule gradient énergétique à exploiter,
en théorie, une seule cellule pourrait vivre
pour des centaines de milliers d'années ou plus,
en remplaçant au fil du temps des parties brisées.
Demander à un microbe qui vit comme ça de grandir dans nos boîtes de Pétri,
c'est l'obliger à s'adapter à notre façon de vivre effrénée autour du Soleil,
et il doit certainement avoir mieux à faire que ça.
(Rires)
Imaginez si on pouvait trouver comment ils réussissent à faire ça.
Et si ça impliquait des composés sympas et ultra-stables
qui pourraient allonger la durée de conservation
dans le biomédical ou dans les usages industriels ?
Et si on trouvait leur mécanisme pour se développer si lentement,
on pourrait ralentir la division cellulaire des cellules cancéreuses.
Je n'en sais rien.
Je veux dire, honnêtement, je ne fais que spéculer,
mais la seule chose dont je suis certaine,
c'est qu'il y a des centaines de milliards de milliards de milliards
de cellules microbiennes vivantes qui s'étendent sous tous les océans.
C'est 200 fois plus que le total de biomasse des humains sur cette planète.
Et ces microbes ont véritablement une relation différente avec le temps
et avec l'énergie par rapport à nous.
Ce qui semble être une journée pour eux
est peut-être des milliers d'années pour nous.
Ils se fichent du Soleil, ils s'en fichent de se développer vite,
et ils se contrefichent probablement de mes boîtes de Pétri.
(Rires)
Mais si on peut continuer à trouver des manières créatives pour les étudier,
alors peut-être qu'on trouvera finalement ce qu'est la vie, toute la vie, sur Terre.
Merci.
(Applaudissements)
Sono una microbiologa marina alla University of Tennessee
e voglio raccontarvi di alcuni microbi
che sono così strani e meravigliosi
che sfidano le nostre ipotesi di come sia la vita sulla Terra.
Ho una domanda.
Vi prego di alzare la mano se avete mai pensato che sarebbe figo
andare sul fondo dell'oceano in un sottomarino.
Sì.
La maggior parte di voi, perché gli oceani sono fighi.
Ok, ora, alzate la mano
se il motivo per cui avete alzato la mano per andare in fondo all'oceano
è perché sareste un po' più vicini
a quell'eccitante fango che c'è laggiù.
(Risate)
Nessuno.
Sono l'unica in questa sala.
Beh, io ci penso sempre.
Passo la maggior parte delle mie ore di veglia
a cercare di capire quanto in profondità si possa andare nella Terra
e trovare ancora qualcosa, qualsiasi cosa, che sia viva,
perché non sappiamo ancora rispondere a questa domanda abbastanza basilare
riguardo alla vita sulla Terra.
Negli anni '80, nel Regno Unito, uno scienziato di nome John Parkes
aveva la mia stessa ossessione
e gli è venuta un'idea folle.
Credeva che ci fosse una vasta, profonda e viva biosfera microbica
sotto gli oceani di tutto il mondo,
che si estendeva per centinaia di metri sul fondo marino.
Che è una bella idea,
ma l'unico problema è che nessuno gli credeva
e questo perché
i sedimenti oceanici potrebbero essere il posto più noioso del mondo.
(Risate)
Non c'è luce, non c'è ossigeno,
e forse, la cosa peggiore,
non arriva cibo fresco per, letteralmente, milioni di anni.
Non serve un dottorato in biologia
per sapere che non è un buon posto per cercare la vita.
(Risate)
Ma nel 2002 John convinse un numero sufficiente di persone
che ci fosse qualcosa e partì in spedizione
su una nave di perforazione chiamata JOIDES Resolution.
E ci andò con il danese Bo Barker Jørgensen.
E così riuscirono finalmente
a raccogliere campioni di fondale profondo,
totalmente privi di contaminazione da parte dei microbi superficiali.
Questa nave è capace di perforare per migliaia di metri sotto l'oceano
e il fango risale per nuclei sequenziali, uno dopo l'altro,
nuclei lunghissimi che appaiono così.
Questo è trasportato da scienziati come me che vanno su queste navi
e analizzano i nuclei sulle navi, che poi vengono spediti a casa
nei nostri laboratori, per ulteriori studi.
Quando John e i suoi colleghi
hanno raccolto questi primi, preziosi campioni incontaminati dei fondali,
li hanno messi sotto al microscopio
e hanno visto immagini più o meno come questa,
che in realtà è presa da una spedizione più recente
di un mio studente di dottorato, Joy Buongiorno.
Vedete la cosa nebulosa sullo sfondo.
È fango. È fango delle profondità dell'oceano
e i puntini verdi luminosi tinti di verde fluorescente
sono veri microbi viventi.
Ora devo dirvi qualcosa di molto tragico riguardo ai microbi.
Sembrano tutti uguali sotto al microscopio.
A una prima occhiata, intendo.
Puoi prendere il più affascinante organismo al mondo,
come il microbo che, letteralmente, respira uranio,
e un altro che produce carburante per i razzi,
mischiarli con un po' di fango oceanico,
metterli sotto a un microscopio
e sono solo puntini.
È molto fastidioso.
Quindi, non possiamo usare il loro aspetto per classificarli.
Dobbiamo usare il DNA, come se fosse un'impronta digitale,
per dire chi è chi.
E vi insegnerò a farlo seduta stante.
Mi sono inventata un po' di dati, vi mostrerò dati non reali.
È per illustrarvi cosa si vedrebbe
se un gruppo di specie non fossero affatto connesse l'una con l'altra.
Vedete qui come ogni specie
ha una lista di combinazioni di A, G, C e T,
che sono le quattro sub-unità del DNA,
ammucchiate casualmente, niente sembra niente,
e queste specie non sono affatto collegate tra loro.
Ma questo è l'aspetto che ha il vero DNA
da un gene che queste specie hanno in comune.
Tutto si allinea quasi perfettamente.
Le probabilità di avere così tante colonne verticali
dove ogni specie ha la C o ogni specie ha la T,
per pura casualità, sono infinitesimali.
Quindi sappiamo che tutte quelle specie devono aver avuto un antenato in comune.
Sono tutte imparentate l'una con l'altra.
Ora vi dirò chi sono.
I due in testa siamo noi e gli scimpanzé che,
come già sapete, siamo imparentati perché, cioè, è ovvio.
(Risate)
Ma siamo anche imparentati a cose a cui non assomigliamo,
come i pini e la Giardia, che provoca quella malattia gastrointestinale
che si può prendere se non si filtra l'acqua durante un'escursione.
Siamo anche parenti di batteri come l'E. coli e il Clostridium difficile,
che è un patogeno orribile, opportunista, che uccide tantissime persone.
Ma ci sono anche microbi buoni, come il Dehalococcoides ethenogenes,
che pulisce gli scarti industriali al nostro posto.
Se prendo queste sequenze di DNA
e uso le somiglianze e le differenze tra di loro
per fare un albero genealogico di tutti noi,
per mostrarvi quanto siamo collegati,
appare così.
Vedete chiaramente, con uno sguardo,
che cose come noi, Giardia, i coniglietti e i pini
siamo come fratelli
e che i batteri sono come i nostri antichi cugini.
Ma siamo imparentati con ogni essere vivente sulla Terra.
Nel mio lavoro, ogni giorno,
produco evidenze scientifiche contro la solitudine esistenziale.
Quando trovammo queste prime sequenze di DNA,
dalla prima nave, dai primi campioni di profondo sottosuolo,
volevamo sapere dove si collocassero.
La prima cosa che scoprimmo fu che non erano alieni
perché riuscimmo ad allineare il loro DNA con quello di qualsiasi altra cosa.
Ma guardate un po' dove finiscono sul nostro albero della vita.
La prima cosa che notate è che ce ne sono un sacco.
Non era una sola piccola specie
ad essere riuscita a vivere in quel posto orribile.
Ma erano un bel po'.
La seconda cosa che notate,
si spera, è che non assomigliano a niente di ciò che conoscevamo.
E sono tanto diversi tra di loro
quanto lo sono rispetto a tutto ciò che conoscevamo prima
così come noi lo siamo rispetto ai pini.
Quindi John Parkes aveva assolutamente ragione.
Lui e noi avevamo scoperto un ecosistema microbico
completamente nuovo e diverso sulla Terra,
che nessuno sapeva esistesse prima degli anni '80.
Quindi ora stiamo andando alla grande.
Il passo successivo fu far crescere queste specie esotiche su piastre Petri
così che potessimo fare con loro dei veri esperimenti,
come si suppone che facciano i microbiologi.
Ma con qualsiasi cosa li nutrissimo,
loro si rifiutavano di crescere.
Anche ora, 15 anni e molte spedizioni dopo,
nessun umano è mai riuscito a far crescere questi microbi esotici
del profondo sottosuolo in una piastra Petri.
E non è certo stato per mancanza di tentativi.
Potrebbe sembrare deludente,
ma io in realtà lo trovo stimolante,
perché significa che ci sono così tante eccitanti vie sconosciute su cui lavorare.
A me e ai miei colleghi è venuta quella che ci sembrava una grande idea.
Avremmo letto i loro geni come se fossero un libro di ricette
trovato cosa volevano mangiare e l'avremmo messo nelle loro piastre Petri,
loro sarebbero cresciuti e sarebbero stati felici.
Ma quando abbiamo guardato i loro geni,
è venuto fuori che ciò che volevano era ciò che gli stavamo già dando.
Quindi fu un disastro totale.
Loro volevano qualcos'altro nelle loro piastre Petri
che noi non gli stavamo dando.
Così, combinando varie misure da svariate parti del mondo,
i miei colleghi alla University of Southern California,
Doug LaRowe e Jan Amend, riuscirono a calcolare
che ognuna di queste cellule delle profondità oceaniche
necessita di un solo zeptowatt di potenza
e prima che tiriate fuori i telefoni, un zepto è 10 alla meno 21,
perché so che anch'io vorrei controllare.
Gli umani, invece,
necessitano di circa 100 watt di potenza.
100 watt in pratica è come se prendeste un ananas
e lo lanciaste dall'altezza dei fianchi a terra per 881.632 volte al giorno.
Se lo faceste e lo collegaste a una turbina,
si creerebbe abbastanza potenza per farmi esistere per un giorno.
Uno zeptowatt, allo stesso modo,
sarebbe come se prendeste un solo granello di sale
e vi immaginaste una pallina piccola piccola
che è un millesimo della massa di quel granello di sale
e la faceste cadere da un nanometro, che è cento volte più piccolo
della lunghezza d'onda della luce visibile,
una volta al giorno.
Questo è tutto ciò che serve a quei microbi per vivere.
È meno energia di quanto avremmo mai pensato potesse supportare la vita,
ma in qualche modo, in un modo stupendo, meraviglioso,
è abbastanza.
Quindi, se questi microbi del profondo sottosuolo
hanno una relazione così diversa con l'energia
rispetto a ciò che pensavamo,
di conseguenza devono avere una diversa relazione anche con il tempo,
perché quando vivi sulla base di gradienti di energia così minuscoli,
la crescita rapida è impossibile.
Se questi cosi volessero colonizzare le nostre gole per farci ammalare
verrebbero cacciati dallo streptococco che cresce velocissimo
prima ancora di poter iniziare la divisione cellulare.
Ecco perché non li troviamo mai nelle nostre gole.
Forse il fatto che il profondo sottosuolo è così noioso
per questi microbi è in realtà un vantaggio.
Non vengono mai lavati via da una tempesta.
Non vengono ricoperti di alghe.
Tutto ciò che devono fare è esistere.
Forse ciò che stavamo dimenticando nelle nostre piastre Petri
non era affatto cibo.
Forse non era una sostanza chimica.
Forse ciò che volevano davvero,
il nutriente di cui avevano bisogno, era il tempo.
Ma il tempo è l'unica cosa che non sarò mai in grado di dargli.
Anche se avessi una coltura di cellule e la passassi ai miei dottorandi,
che a loro volta la passerebbero ai loro dottorandi, e così via,
dovremmo andare avanti per migliaia di anni
per imitare le esatte condizioni del profondo sottosuolo
e tutto ciò senza crescere alcun agente contaminante.
È semplicemente impossibile.
Ma forse in qualche modo li abbiamo già cresciuti nelle nostre piastre.
Magari hanno guardato tutto il cibo che gli abbiamo offerto e hanno detto:
"Grazie, mi velocizzerò talmente tanto
che farò una nuova cellula il prossimo secolo".
Oh.
(Risate)
Ma allora perché il resto della biologia si muove così in fretta?
Perché una cellula muore dopo un giorno
e un uomo muore solo dopo 100 anni?
Ci sembrano davvero dei limiti arbitrariamente brevi,
se si pensa al totale ammontare del tempo nell'universo.
Ma questi limiti non sono arbitrari.
Sono dettati da una sola, semplice cosa,
e quella cosa è il Sole.
Una volta che la vita ha capito come sfruttare l'energia del Sole
attraverso la fotosintesi,
abbiamo dovuto tutti darci una mossa e sviluppare i ritmi circadiani.
In questo modo, il Sole ci ha dato sia una ragione per essere veloci,
sia il carburante per farlo.
Si può vedere la maggior parte della vita sulla Terra come un sistema circolatorio
e il Sole come il cuore pulsante.
Ma il profondo sottosuolo è come un sistema circolatorio
completamente disconnesso dal Sole.
È anzi guidato da lunghi e lenti ritmi geologici.
Non c'è a oggi un limite teorico sulla durata della vita di una cellula.
Fintanto che c'è almeno un minuscolo gradiente di energia da sfruttare,
teoricamente, una singola cellula potrebbe vivere
per centinaia di migliaia di anni o anche di più,
semplicemente sostituendo le parti rotte man mano.
Chiedere a un microbo che vive così di crescere in una piastra Petri
è chiedergli di adattarsi al nostro frenetico,
veloce, Sole-centrico modo di vivere
e forse loro hanno qualcosa di meglio da fare.
(Risate)
Pensate se riuscissimo a capire come riescono a farlo.
Pensate se coinvolgesse qualche composto ultrastabile
che potremmo usare per aumentare la durata di conservazione
nelle applicazioni biomediche o industriali?
O magari se capissimo il meccanismo che usano
per crescere con una così straordinaria lentezza,
potremmo imitarlo nelle cellule cancerose e rallentarne la divisione cellulare.
Non lo so.
Cioè, onestamente, queste sono solo speculazioni,
ma l'unica cosa che so per certo
è che ci sono centinaia di miliardi di miliardi di miliardi
di cellule microbiche viventi
sotto tutti gli oceani del mondo.
È più di 200 volte il totale della biomassa di umani sul pianeta.
E quei microbi hanno una relazione fondamentalmente diversa
con tempo ed energia rispetto a noi.
Quello che per loro può sembrare un giorno
per noi potrebbero essere mille anni.
A loro non importa del Sole
e non gli importa di crescere in fretta
e, probabilmente, non gliene frega niente delle mie piastre Petri...
(Risate)
Ma se continuiamo a trovare modi creativi per studiarle,
allora forse riusciremo finalmente a capire come è davvero la vita,
tutta la vita, sulla Terra.
Grazie.
(Applausi)
私はテネシー大学の海洋微生物学者です
今日はある微生物について話します
とても不思議で興味深く
地球上の生命とはどんなものかという これまでの考えを変えるものかもしれません
質問します
もし潜水艦で 海底まで行けたら楽しいだろうなと
思ったことがある人は 手を挙げてください
そうですよね
ほとんど全員ですね 海は最高ですから
では次に 今 手を挙げた人の中で
海底に行きたい理由は そこに沈む 「ドロ」が素晴らしいからで
それに少しでも近づきたいから という人は手を挙げてください
（笑）
誰もいない
この部屋で私だけですね
私はいつもそんなことを考えています
寝てる間を除いて ずっと
生命はどれだけ地下深くまで存在するのか
それをどうやって見つけるかを 研究しています
地球上の生命には
まだまだ根本的な疑問があるからです
1980年代 英国の科学者の ジョン・パークスは
似たようなことを考えていました
そして あるクレイジーな考えに至りました
広大で深く広がる「微生物の生命圏」が
海底よりさらに数百メートルの「地下」に 広がっているという考えです
素晴らしいですが
唯一の問題は 誰も信じなかったということです
その理由はおそらく
海底下の堆積層は地球上で もっとも退屈な場所だからでしょう
（笑）
光も酸素もなく
おそらくこれが最悪で
文字通り何百万年も 食物の供給がないのですからね
生物学の博士号を持っていなくても
生物を探しに行くには 適さない場所だとわかりますね
（笑）
しかし2002年
スティーブン・ドントは 周囲の人々を口説いて
ジョイデス・レゾリューションという 採掘船に乗って
調査の旅に出ました
彼はデンマークのＢ･Ｂ･ヨルゲンセンと共に 計画を実行し
ついに 純粋な海底下の堆積層のサンプルを 手に入れました
海底表面の微生物の混入のない 純粋なものです
この船は 海底から さらに 何千メートルも下を採掘でき
海底の地盤から 一連の長いコアを取り出します
コアはご覧のように
私たち科学者チームが運んでいる パイプの中に入っています
私たちは船上で そのコアを処理して
研究室に持ち帰り
さらに詳しい研究をします
ドントが仲間と共に
その貴重な海底そのままのサンプルを
顕微鏡で調べてみると
このようなものが見えました
これは正確には 博士課程の Ｊ・ボンジョルノが
別の調査で 採掘したものです
背景のぼんやりしたものは 深海の泥です
緑の蛍光色に染まった点々が
実際の生きた微生物です
ここからは 微生物の 少々残念な話になります
顕微鏡で見ると すべて同じに見えるのです
ざっくり言えばですが
本当におもしろい生物― たとえば
ウランで呼吸するものや ロケット燃料を生み出すものが
手元にいるとしましょう
それもみんな 泥に混ざった状態で
顕微鏡で眺めると
ただの点にしか見えないのです
本当にがっかりしますよ
見た目では区別できないので
指紋で見分けるように DNAで
種類を識別することにしました
その方法を説明します
これは本物のデータではありませんが
それぞれの生物が互いにまったく 別の種であった場合を
表したものです
それぞれの種ごとに DNA配列の要素として
Ａ Ｇ Ｃ Ｔ が並んでる状態です
まったくバラバラなので
それぞれの間に 何の関係もないことを示します
本物のDNAのデータだと
共通の遺伝子配列があり こんな感じになります
完全に近いぐらいに揃っています
これほどたくさんの縦の列で
ここはＣ ここはＴと揃うことが
偶然 起こる可能性は極めて小さいものです
つまり すべてに同じ祖先がいて
つながりがあることを示しています
では何の DNA か見てみましょう
上の２列は 人間とチンパンジーです
つながりがあるのはご存知のとおりですね
（笑）
しかし 私たちは たとえば マツの木や
アウトドアで生水をのんだときに
胃腸炎を引き起こす寄生虫 ジアルディアとも つながりがあるのです
さらには 大腸菌や
致命的な日和見菌である Ｃ・ディフィシル菌とも
私たちは仲間なのです
もちろん
産業廃棄物を分解する デハロコッコイデスのような良性の細菌とも
つながっています
このような DNA 解析をして
すべての生物の類似性や違いをもとに
おたがいの関係性がわかるように
系統樹をつくると このようになります
一目見て
人間やジアルディア
ウサギやマツが
すべて兄弟のようなものだとわかります
細菌は遠い親戚ですね
つまり
私たち地球上の生物はすべて仲間なのです
つまり 私は日々
サルトルの「実存的孤独」に対して
科学的な反証データを積み重ねています
私たちが初めて海底下の堆積層から
DNAサンプルを手にしたときに 知りたかったことは
それがどこに位置するかでした
私たちが最初に発見したのは
エイリアンではないことでした
そのDNAは 地球上の他の生物と
同様の配列なのですからね
ではその微生物群は系統樹の どこにあてはまるのでしょうか
まず気がつくのは
たくさん種類がいることです
厳しい環境で生き延びた 単一の生物種ではなかったのです
むしろ たくさんと言えるでしょう
次ですが お気付きでしょうか
これまで知られている どの生物とも違うということです
それぞれは互いに違う種の生物で
これまでに知られているどの種とも違い
その隔たりは たとえばヒトとマツの違いほどです
ジョン・パークスは正しかったのです
彼と私たちは 80年代以前は誰も知らなかった
まったく新しく多様性に富む
微生物の生態系を発見したのです
そして これからが本番です
次にやることは 培養皿で これらの未知の種を培養して
微生物学的にしかるべき実験に 進むわけです
しかし どう頑張ってもそれらは繁殖しません
15年を経て何度も採掘航海を行った 今に至っても
いまだかつて この海底下の微生物の培養に
成功した人はいないのです
試行が足りないのではありません
残念に思えますが
これ自体 未知の何かを意味するので ワクワクすることだと思っています
たとえば同僚たちと こんな良いアイデアを思いつきました
レシピ本を読むように遺伝子を読んで
それらに必要な栄養を特定して 与えれば 繁殖するはずです
しかし遺伝子から導き出された餌は
すでに 私たちが与えた餌そのものだったので
これは完全に失敗でした
培養皿の上で必要なものは 与えられていない 何か別のものなのです
その後 世界中からさまざまなデータを集め
USC の研究者である ダグ・ラロウと ヤン・アメンドは
ある量を推定することができました
微生物の細胞１つが １日に必要とするエネルギーは
たったの１ゼプトワットだということです
スマホを出して調べる前に言うと
ゼプトというのは 10のマイナス21乗です
人間には １日に100ワットのエネルギーが必要です
100ワットというのは
パイナップルを
腰くらいの高さから地面に 881,632回 落とすことに相当します
それをタービンにつないで
取り出せるエネルギーが 人間の１日の消費カロリーです
この表現で ゼプトワットを表しましょう
一粒の塩があるとします
そして その1000分の1くらいの とても小さな粒を
想像してみてください
それを １ナノメートル落とします
１ナノメートルは 目に見える光の波長の100分の1です
それを１日１回です
それだけで この微生物たちは 生きていけるのです
生命を維持するのに必要なエネルギーとして
想定されていたよりも ずっと小さなエネルギーです
しかしどういうわけか 驚くべきことに 見事に
それで十分なのです
もし地中の微生物にとっての エネルギーのレベルが
想定外のものであれば
「時間」のレベルも
想定外になるはずです
わずかなエネルギー勾配で生きる生物に
急速な成長は 無理でしょう
もしそれらが人間の喉に寄生しようとしても
細胞分裂さえできず
急速に増殖するレンサ球菌によって 滅ぼされてしまうでしょう
したがって人間の喉には そういう微生物がいないということです
おそらく海底下が退屈な場所であることは
微生物にとっては 強みであるでしょう
嵐に流されることはないし
海藻に栄養を奪われることもない
そこにいるだけで いいのですから
おそらく培養皿の上に なかったものは
栄養分ではなく
物質でさえないかもしれません
本当に必要なのは
「時間」なのかもしれません
でも 時間を与えることは不可能でしょうね
もし 培養皿を学生らに引き継いで
彼らがまた 次の世代に引き継いでいったとしても
何千年もかけなければなりません
海底下の環境を正確に再現し
不純物の繁殖を防ぐ必要があり 実施は不可能です
でも ある意味 私たちは 培養に成功していたのかもしれません
食料を与えられて こう言ったのかもしれません
「ありがとう 急いで新しい細胞を作るよ
100年後に」
（笑）
では逆に
なぜその他の生物は「速い」のでしょうか？
なぜ細胞は１日で死に
人間は100年しか生きられないのでしょうか
宇宙の時間を考えると
不自然なくらい短いと思いませんか？
でもこれは不自然ではないのです
この寿命はあるものによって決まるのです
それは太陽です
ひとたび 生命が 光合成で 太陽エネルギーを利用し始めると
生命はすべて 昼と夜のサイクルに 合わせたものとなります
こうして太陽が
急ぐ理由とエネルギー源を
生命に与えました
地球上の生物を 循環器系として見れば
太陽は心臓にあたります
でも海底下は違います
完全に太陽からは 切り離された循環器系です
非常にゆっくりした 地質学のリズムによって動いているのです
現時点では理論上 細胞に寿命はありません
ほんの少しでもエネルギー勾配があれば
理論上１つの細胞は
10万年以上 生きることができます
何年もかけて 壊れた部品を 交換していけばよいのですから
そういう生き方をする微生物に 培養皿で繁殖しろと望むのは
忙しい太陽のリズムにあわせて 生きろということです
もっと他にしたいことが あるかもしれないのに
（笑）
もしそのライフサイクルを 解明できたらと想像してみてください
もしその過程に 生物医学や産業的に応用できる
きわめて持続性のある化合物が含まれていたら
もしそのきわめて遅い成長のメカニズムを
解明できたら
それを がん細胞の増殖を遅らせるのに 使えるかもしれません
わかりませんけどね
正直 すべて憶測ですが
ひとつ確実なのは
世界中の海底の下には
100の10億倍の10億倍の10億倍個もの
微生物の細胞が生息しているということです
その総量を重さで測れば
地球上の人類の重さの200倍になります
そしてこれらの微生物が扱う 時間とエネルギーは
根本的に 私たちとは違うのです
微生物にとっての１日は
私たちにとっての1000年かもしれません
太陽は関係ありません
成長を急ぐこともありません
私の培養皿なんて 気にもしてないでしょう
（笑）
でも 研究の手法を創造的に探し続けることで
いつか生命の謎を
すべての生命の謎を
解明できるかもしれません
ありがとうございました
（拍手）
저는 테네시 대학교에서 근무하는 해양 미생물학자입니다.
오늘 어떤 미생물에 대해 말씀 드릴 건데요.
아주 신기하고 놀라운 미생물이에요.
이 미생물들이 지구 생명체에 관한 우리의 생각을 바꿔놓고 있답니다.
질문을 하나 드릴게요.
잠수함을 타고 바다 속 깊숙이 내려갈 수 있다면
정말 멋질 거라고 생각해 보신 분, 손 들어 주세요.
그렇죠.
대부분 손을 드셨네요. 바다는 끝내주니까요.
좋아요, 이번에도 손을 들어 주세요.
조금 전에 바다 속에 가보고 싶다고 손을 들었던 이유가
바다 밑에 가라앉은 환상적인 진흙을
가까이에서 볼 수 있기 때문이라고 생각하신 분 계세요?
(웃음)
아무도 없네요.
저만 그렇게 생각했나봐요.
저는 항상 고민해요.
잠 자는 시간 외에 대부분은
우리가 지구 깊숙이 얼마나 들어갈 수 있을지
거기서도 살아있는 생명체를 찾을 수 있을지 생각해요.
우리는 여전히 지구 생명체에 관한 아주 근본적인 질문의 답을 모르거든요.
1980년대에 영국의 과학자 존 팍스도
저와 비슷한 호기심이 있었는데,
심지어 이런 망상까지 했죠.
아주 거대하고 깊숙한 미생물의 세계가
바다 속에 존재한다고 생각했어요.
해저에 수 백 미터 이상 펼쳐진 미생물 생태계라니
끝내주는 발상이에요.
하지만 유일한 문제는, 아무도 믿어주지 않았다는 거예요.
사람들이 그의 말을 믿지 못했던 이유는
바닷속이 세상에서 가장 지루한 장소로 보였기 때문이었어요.
(웃음)
바다 속에는 햇빛도, 산소도 없고
그리고 무엇보다도
말 그대로 수백만년 간 신선한 음식 공급이 없었으니까요.
생물학 박사학위가 꼭 있지 않더라도
그곳이 생명을 찾기엔 적합하지 않다는 걸 알 수 있죠.
(웃음)
하지만 2002년에 [스티븐 돈트]가 사람들을 설득시켰어요.
시추선을 타고 나가서 무언가를 발견해 낼 거라고 말이죠.
조이디스 계획이라고 불리는 탐험계획이었죠.
덴마크의 보 바커 요르겐슨과 함께 계획했습니다.
그리하여 이들은 마침내
자연 그대로의 깊은 해저 샘플을 채취하는 데 성공했어요.
미생물로 오염되지 않은 부분도 있었어요.
이 시추선은 해저 수천 미터 아래까지 뚫을 수 있고
진흙은 관을 통해 순서대로 올라옵니다.
아주 긴 관인데요, 이렇게 생겼습니다.
저를 비롯한 과학자들이 시추선으로 이 관을 옮깁니다.
그리고 배에서 작업을 한 뒤
연구소로 보내 자세한 연구를 진행합니다.
존과 동료들이
심해에서 이 소중한 첫 번째 천연 샘플을 얻었을 때
현미경으로 샘플을 관찰하며
이것과 상당히 비슷한 것을 봤죠.
이건 좀 더 최근 탐사 조사에서 제 박사과정 학생인
조이 본조르노가 채집한 샘플입니다.
배경에 흐릿한 것들이 보이실 거예요.
이게 진흙인데요, 깊은 바닷속 진흙입니다.
형광 녹색으로 염색돼서 얼룩덜룩한 밝은 녹색 점들이 바로
진짜 살아있는 미생물들입니다.
제가 미생물에 대한 정말 슬픈 얘기를 해드릴게요.
현미경으로 보면 미생물은 다 같아 보이죠.
처음에 대충 보면 그렇죠.
그런데 세상에서 가장 흥미로운 생명체를 찾을 수도 있어요.
예를 들어 말 그대로 우라늄으로 호흡하는 미생물이나
로켓 연료를 만들어내는 미생물이
해양 진흙 속에 섞여서
현미경 아래에서 관찰되는 거죠.
아주 작은 점으로 보일 뿐이에요.
정말 짜증나는 일이죠.
그래서 겉모습으로는 미생물을 구분할 수 없어요.
DNA를 이용해야 하죠.
지문으로 신원을 확인하는 것처럼요.
DNA를 어떻게 이용하는지 알려드릴게요.
제가 자료를 좀 만들었어요. 지금부터 보여드릴 자료는 가상이에요.
가상의 상황을 좀 보여드리려고 하는데요.
여러 종의 생명체가 서로 전혀 연관이 없다면 어떻게 될까요.
여기 보시면 각각의 종은
A,G,C,T의 조합으로 되어 있는데, A,G,C,T는,
DNA의 4개의 기본 분류예요.
무작위로 섞여서 비슷한 게 전혀 없죠.
이 가상의 종들은 서로 전혀 연관점이 없어요.
하지만 이게 실제 DNA의 모습입니다.
이 생물종들이 우연히 공유하게 된 유전자죠.
모든 것들이 거의 완벽하게 늘어서 있어요.
이렇게 우연히 딱 맞는 세로줄이 생길 확률은,
이를테면 모든 종이 우연히 C 하나 혹은 T 하나를 갖을
그럴 확률은 매우 낮죠.
여기서 우리는 이 종들이 공통 조상을 가졌다는 점을 알 수 있어요.
이 종들은 전부 친척인 셈이죠.
이제 이들의 정체를 알려드릴게요.
위쪽의 두 개는 인간과 침팬지입니다.
이미 우리가 친척인 건 알고 계시죠. 그 이유는 뭐, 분명하잖아요.
(웃음)
하지만 우리는 겉모습이 다른 다른 종과도 연관이 있어요.
소나무나 편모충같은 건데요. 편모충은 위장병을 유발하는 기생충으로
하이킹을 하다가 오염된 물을 마시면 감염될 수 있죠.
우리는 또 클로스트리듐 디피실리균이나 대장균같은 세균과도 연관이 있는데요.
이런 세균은 많은 사람을 죽이는 무서운 기회감염성 병원균이죠.
하지만 물론 착한 미생물도 있는데 디할로코코이즈 에테노진이라는 미생물은
인간을 위해 산업 폐기물을 청소해준답니다.
따라서 만약 이런 DNA배열을 가져다가
생물 간의 유사점과 차이점을 이용해
우리 모두에 관한 가계도를 만들어서
연관성을 잘 볼 수 있게 하면
바로 이렇게 나타낼 수 있습니다.
한눈에 명확하게 알아볼 수 있죠.
인간과 편모충과 토끼와 소나무가 모두
형제자매와 같다는 사실과
세균들은 인간의 먼 친척과 같다는 사실을 말이죠.
하지만 사실 지구상 모든 생명체는 서로 친척이나 마찬가집니다.
제가 하는 일은, 매일 매일
실존적 고독에 맞서는 과학적 증거를 생산해내는 일입니다.
우리가 첫 항해에서 이 첫 번째 DNA 배열을
심해저의 오염되지 않은 샘플에서 얻어냈을 때
이들이 어디에서 왔는지 알고 싶었어요.
첫 번째로 발견한 것은 이들이 외계인이 아니었다는 것이었죠.
왜냐하면 지구상 다른 생명체와 비슷한 DNA를 가지고 있었거든요.
하지만 우리 생명의 지도에서 이들이 어디쯤 위치하는지 보죠.
첫 번째로 알아챌 수 있는 것은 이런 미생물이 많다는 거예요.
이 끔찍한 장소에서 생존할 수 있었던
개체수 적은 단일종이 아니었던 거죠.
매우 많은 종류가 있어요.
두 번째로 알아챌 점은
이 생물들이 이전에 보지 못했던 완전히 새로운 종이라는 거예요.
이들이 어느 정도 다르냐면
우리가 이전에 알고 있었던 그 어떤 것과도 달라요.
인간과 소나무가 다른 것처럼 말이죠.
즉, 존 팍스가 완전 옳았던 거예요.
그와 우리는 완전히 새롭고 매우 다양한 지구의 미생물 세상을
발견했던 거예요.
1980년대 이전까지는 그 누구도 알지 못했던 세상을요.
이제 모든 게 순조로웠어요.
다음 단계는 페트리접시에 이 신기한 미생물을 배양해서
실제 실험을 하는 것이었어요.
미생물학자들이 주로 하는 실험말이죠.
하지만 그 어떤 먹이를 줘도
미생물들이 배양되지 않았죠.
심지어 지금까지도, 수많은 탐험을 했고 15년이나 지났는데
그 어떤 인간도 깊은 바다에서 온 이 신비한 미생물을 전혀
페트리접시에서 배양할 수 없었죠.
시도가 부족했던 건 아니에요.
실망스럽게 들릴 수도 있지만
사실 저는 매우 흥분돼요.
왜냐면 알아내야 할 즐거운 일이 아직 아주 많다는 뜻이니까요.
저와 제 동료는 우리 생각에 정말 훌륭한 생각을 해냈어요.
우리는 요리책을 읽듯이 미생물들의 유전자를 읽어서
그들이 먹고 싶어하는 걸 알아내고 페트리접시에 넣어주는 거죠.
그러면 미생물이 성장하고 만족하겠죠.
하지만 미생물의 유전자를 살펴보니
그들이 먹고 싶어하는 건 우리가 이미 줬던 음식들이더라고요.
그래서 완전 망했죠.
페트리접시 안에서 미생물들이 원했던 게 또 있었어요.
우리가 주지 못하고 있었던 거죠.
그래서 전세계 여러 곳에서
측정값을 모아서
남부 캘리포니아 대학의 제 동료들인
더그 라로위와 얀 아멘드가
찾아낸 계산에 따르면 깊은 바다에서 온 미생물 각각은
전기 1젭토와트씩을 필요로 했어요.
휴대폰 꺼내지 않으셔도 돼요. 1젭토는 10의 -21승이에요.
저도 찾아보고 싶은 거라 말씀드리는 거예요.
반면 인간은,
약 100와트의 전력이 필요하죠.
100와트라고 하면 기본적으로 파인애플 하나를 잡아서
허리 높이에서 바닥으로 떨어뜨리는 걸 하루에 881,632번 하는 거예요.
터빈에 연결한 채로 그 행동을 계속 하면
저를 하루동안 움직이게 할 수 있는 전력을 생산할 수 있어요.
1젭토와트를 비슷한 방식으로 말하면
소금 알갱이 하나가 있다고 합시다.
그리고 아주 아주 아주 조그만 공을 상상해보세요.
질량이 소금 알갱이 하나의 1000분의 1밖에 되지 않는 공을요.
그리고 그 공을 1나노미터만큼 떨어뜨려요.
1나노미터는 가시광선 파장보다 100배 작은 길이에요.
그걸 하루에 한 번 하는 거예요.
그게 이 미생물이 사는데 충분한 에너지예요.
이건 우리가 생명유지에 필요할 거라 생각했던 것보다 훨씬 작은 양이예요.
하지만 어찌됐든, 놀랍게도, 아름답게도,
충분한 양인 거죠.
만약 이 깊은 바다 속 미생물이
우리가 이전에 생각했던 것과는 다르게 에너지와 관계를 맺고 있다면
이 미생물들은 마찬가지로
시간과도 다른 관계를 맺고 있겠죠.
왜냐하면 그렇게 적은 에너지로 살아가게 되면
급속한 성장은 불가능하니까요.
만약 이 미생물들이 우리 목에 침입해서 병을 일으키고 싶어도
급속하게 성장하는 연쇄상구균에게 쫓겨나고 말 거예요.
세포분열을 시작도 하기 전에 말이죠.
그래서 이 미생물들이 목구멍에서 발견되지 않는 거예요.
아마도 깊은 바다 속이 너무 지루하다는 사실 자체가
이 미생물에게는 자산일 거예요.
절대 폭풍에 씻겨나가는 일도 없고,
해초에 뒤덮이는 일도 없어요.
이들이 해야 할 일은 존재하는 것 뿐이죠.
아마 우리가 페트리접시에서 놓쳤던 것은
음식이 아니었을 거예요.
화학물질이 아니었을 거예요.
그들이 정말 원하는 것은
그들이 원하는 영양분은 시간일 거예요.
하지만 시간은 제가 그들에게 줄 수 없는 유일한 것이죠.
제가 박사과정 학생에게 세포배양을 물려주고,
또 그 학생이 계속 다음 학생에게 물려준다고 해도
우리는 수천년 동안 기다려야 하는 거예요.
깊은 바다 속과 정확히 동일한 상태를 구현하기 위해서는요.
그리고 그 어떤 오염원도 없어야 하죠.
가능하지 않은 일이에요.
하지만 페트리접시 속에서 미생물들이 이미 자라고 있을지도 몰라요.
아마 우리가 준 음식을 보면서 이렇게 말했는지도 모르죠.
"고마워요. 저 속도를 높여서"
"다음 세기 정도에 새로운 세포를 만들 거예요."
어휴
(웃음)
그렇다면 왜 나머지 생물들은 그렇게 빨리 움직일까요?
왜 세포는 하루면 죽고
인간은 백 년이면 죽게 될까요?
이건 정말 기준없이 짧은 기한 같아 보이잖아요.
우주의 모든 시간을 생각해보면요.
하지만 이건 제멋대로인 기한이 아니에요.
우리는 단순한 한 가지에 지배당하죠.
그건 바로 태양이에요.
일단 생명이 광합성을 통해 태양에너지를 이용하는 법을 알아냈을 때
우리는 속도를 높여 낮과 밤의 주기 속에 살아야 했죠.
그렇게 태양은 우리에게 서둘러야 하는 이유와
서두를 수 있는 연료를 줬어요.
지구상 대부분의 생명체는 순환계같이 볼 수 있어요.
태양이 우리의 뛰는 심장이죠.
하지만 깊은 바다 속 해저의 순환계는
태양과 전혀 연결되어 있지 않아요.
대신에 아주 길고 느린 지질학 리듬에 의해 돌아가죠.
현재 이론적으로 세포 하나의 수명에는 제한이 없어요.
사용할 수 있는 최소한의 아주 작은 에너지 변화만 있다면
이론적으로 세포 하나는
수십만 년 이상을 살 수 있죠.
고장난 부분을 계속 교체하면서 살 수 있거든요.
그런 식으로 살아가는 미생물에게 페트리 접시에서 성장하라고 하는 것은
정신없고 태양 중심인 빠른 삶의 방식에 적응하라고 하는 것과 같아요.
미생물들은 그보다 더 좋은 할 일이 있을 거예요.
(웃음)
그 미생물들이 살아가는 방식을 우리가 알아냈다고 상상해보세요.
그게 어떤 매우 멋지고 안정적인 복합체를 동반해서
우리가 그 복합체를 생체의학이나 산업적 응용의
유통기한을 연장시키는데 사용할 수 있다면 어떨까요?
혹은 만약 우리가 그 미생물들이
놀라울 정도로 천천히 자라는 메커니즘을 알아낸다면
암세포에 그 방식을 적용해서 세포분열이 느려지게 할 수도 있죠.
잘 모르겠어요.
제 말은, 솔직히 전부 추측이니까요.
하지만 제가 확신하는 것 한 가지는
수천억에 또 십억에 또 십억만큼의
살아있는 미생물 세포들이
전세계 대양 아래 있다는 거죠.
지구상에 사는 총 인간의 수보다 200배나 많은 개체수예요.
이런 미생물들이 시간과 에너지와 맺는 관계는
인간의 방식과 근본적으로 달라요.
그들에게 하루가
우리에게 천 년일 수도 있어요.
그들은 태양을 신경쓰지 않죠.
빠른 성장에도 관심이 없어요.
아마 제 페트리 접시에도 전혀 관심없을 거예요.
(웃음)
하지만 그들을 연구할 창의적인 방법을 계속 찾는다면,
지구의 생명이라는 게 무엇인지 결국 알아낼 수 있을지도 몰라요.
감사합니다.
(박수)
Sou microbióloga marinha na Universidade de Tennessee
e quero falar-vos de uns micróbios
que são tão estranhos e maravilhosos
que põem em causa a nossa suposição sobre como é a vida na Terra.
Por isso, vou fazer uma pergunta.
Levante a mão quem já pensou que devia ser fixe
ir ao fundo do oceano num submarino.
Sim.
A maioria, porque o oceano é fantástico.
Agora, levante a mão
se quem levantou a mão para ir ao fundo do oceano
é porque isso o aproximaria um pouco mais
desse lodo excitante que há lá em baixo.
(Risos)
Ninguém.
Sou a única nesta sala.
Eu passo o tempo todo a pensar nisso.
Passo a maior parte das horas em que estou acordada
a tentar determinar até que profundidade podemos penetrar no planeta
e ainda encontrar qualquer coisa com vida,
porque ainda não temos resposta a esta pergunta tão simples
sobre a vida na Terra.
Nos anos 80, um cientista chamado John Parkes, no Reino Unido,
também tinha a mesma obsessão
e apareceu com uma ideia louca.
Acreditava que havia uma biosfera microbiana ampla, profunda e com vida
no fundo de todos os oceanos do mundo
que se estendia por centenas de metros no fundo do mar.
Era uma ideia muito fixe
mas o problema é que ninguém acreditou nele.
Não acreditaram nele
porque os sedimentos do oceano
devem ser o sítio mais enfadonho do planeta.
Não há luz solar, não há oxigénio
e, talvez o pior de tudo,
não há fornecimento de comida fresca durante, literalmente, milhões de anos.
Não é preciso ter um doutoramento em biologia
para saber que é um sítio mau para procurar vida.
Mas, em 2002, Steven D'Hondt convenceu bastantes pessoas
de que havia qualquer coisa e partiu em expedição
neste navio de perfuração, chamado JOIDES Resolution,
juntamente com Bo Barker Jørgensen da Dinamarca.
Finalmente, conseguiram obter boas amostras virgens
no subsolo marinho profundo,
sem qualquer contaminação dos micróbios da superfície.
Este navio consegue perfurar milhares de metros no fundo do oceano
e a lama extraída aparece em núcleos sequenciais, uns atrás dos outros
— núcleos muito compridos com este aspeto.
São transportados por cientistas, como eu, que vão nesses navios
que os processam no navio e depois os enviam para terra,
para os laboratórios, para estudo posterior.
Quando John e os colegas
obtiveram estas primeiras preciosas amostras virgens do fundo do mar,
observaram-nas ao microscópio
e viram imagens muito parecidas com esta,
que foi obtida numa expedição mais recente
pelo meu aluno doutorando, Joy Buongiorno.
Podemos ver matéria opaca no fundo.
É lodo. É lodo oceânico do fundo do mar.
Os pontos verde vivo tingidos com tinta fluorescente verde
são micróbios reais, vivos.
Mas tenho de vos dizer uma coisa muito trágica sobre micróbios.
Têm todos o mesmo aspeto ao microscópio,
quer dizer, à primeira vista.
Podemos encontrar os organismos mais fascinantes do mundo,
como um micróbio que respira urânio, literalmente,
e outro que faz combustível para foguetes.
Misturamo-los com a lama do oceano,
colocamo-los no microscópio
e são apenas pequenos pontos.
É muito frustrante.
Não podemos usar o aspeto deles para os separar.
Temos de usar o ADN, como uma impressão digital,
para dizer quem é quem.
Vou contar-vos como os distinguimos.
Inventei uns dados e vou mostrar dados que não são reais.
Isto é para ilustrar qual será o aspeto
se várias espécies não estivessem relacionadas umas com as outras.
Vemos assim que cada espécie
tem uma lista de combinações de A, G, C e T
que são as quatro subunidades do ADN,
misturadas aleatoriamente e nenhuma é parecida com outra qualquer.
Estas espécies não têm qualquer ligação entre si.
Mas este é o aspeto real do ADN
a partir de um gene que estas espécies partilham.
Tudo se alinha perfeitamente.
As probabilidades de ter tantas destas colunas verticais
em que todas as espécies têm um C ou todas as espécies têm um T, por acaso,
são mínimas.
Por isso, sabemos que todas estas espécies deviam ter um antepassado comum.
São todas aparentadas.
Agora vou dizer-vos quem elas são.
As duas de cima somos nós e os chimpanzés,
que, sabemos, estão relacionadas... obviamente.
(Risos)
Mas também estamos relacionados com coisas com que não nos parecemos,
como com os pinheiros e a giárdia, que é uma doença gastrointestinal
que apanhamos se não filtrarmos a água quando fazemos caminhadas.
Também estamos relacionados com bactérias como a E.coli e a Clostridium difficile
que é um agente patogénico terrível, oportunista, que mata muita gente.
Mas também há micróbios bons, como o Dehalococcoides ethenogenes
que se encarrega de limpar o nosso lixo industrial.
Se eu agarrar nestas sequências de ADN
e depois as usar, as semelhanças e as diferenças entre elas,
para fazer uma árvore da vida de todos nós,
para vermos quem está estreitamente ligado,
é isto que aparece,
Vemos, claramente, de imediato,
que coisas como nós: a giárdia, os coelhos e os pinheiros
somos como irmãos
e as bactérias são como nossos primos afastados.
Mas somos da mesma família de todos os seres vivos na Terra.
A minha tarefa diária, no trabalho,
é encontrar provas científicas contra a solidão existencial,
Quando recebemos as primeiras sequências de ADN,
a partir das primeiras amostras virgens do subsolo marinho,
quisemos saber onde é que elas estavam.
Primeiro descobrimos é que não eram extraterrestres,
porque o ADN delas se alinhava com tudo o resto no planeta.
Mas agora reparem onde se situam na nossa árvore da vida.
A primeira coisa em que reparamos é que há imensas,
não havia apenas uma pequena espécie
que conseguira sobreviver neste local terrível.
São muitas coisas.
A segunda coisa em que reparamos
é que são diferentes de tudo o que já conhecíamos.
São tão diferentes umas das outras
como são diferentes de tudo o que já conhecíamos,
tal como somos diferentes dos pinheiros.
Então, John Parkes tinha toda a razão.
Ele, e nós, descobrimos um ecossistema microbiano no planeta
totalmente novo e muito diversificado
que ninguém sabia que existia antes dos anos 80.
A aventura podia começar.
O passo seguinte era cultivar estas espécies exóticas em placas de Petri
para podermos fazer experiências com elas,
como os microbiólogos costumam fazer.
Mas, apesar de tudo com que as alimentávamos
recusavam-se a crescer.
Ainda hoje, ao fim de 15 anos e de muitas expedições,
ninguém conseguiu que um único destes micróbios exóticos
do subsolo marinho, se desenvolvesse numa placa de Petri.
E não foi por falta de tentativas.
Isto pode parecer frustrante
mas eu considero-o estimulante
porque significa que há milhares coisas desconhecidas com que trabalhar.
Os meus colegas e eu tivemos uma ideia que pensámos ser ótima.
Íamos ler os genes como num livro de receitas,
descobrir o que elas queriam comer e colocar isso nas placas de Petri
para elas crescerem e serem felizes.
Mas, quando olhámos para os genes,
vimos que o que queriam comer era o que já lhes tínhamos dado.
Foi um balde de água fria.
Havia uma outra coisa que queriam nas placas de Petri
que não lhes estávamos a dar.
Então, associando medições de muitos locais diferentes
de todo o mundo,
os meus colegas na Universidade da Califórnia do Sul,
Doug LaRowe e Jan Amend,
puderam determinar que cada uma daquelas células microbianas
exige apenas um zeptowatt de energia
e, antes que puxem dos vossos telemóveis, um zepto é 10 elevado a menos 21
— porque sei que também iria pesquisar.
Os seres humanos, por outro lado,
exigem cerca de 100 watts de energia.
Cem watts é como se agarrarmos num ananás
e o deixarmos cair da altura da cintura até ao chão 881 632 vezes por dia.
Se fizéssemos isso e o ligássemos a uma turbina,
isso criaria energia suficiente para me satisfazer durante um dia.
Um zeptowatt, colocado numa situação idêntica,
é como se agarrássemos num grão de sal
e depois imaginássemos uma bola muitíssimo minúscula,
com um milésimo da massa desse grão de sal
e o deixássemos cair um nanómetro
— que é cem vezes mais pequeno
do que o comprimento de onda duma luz visível —
uma vez por dia.
É isso que faz com que estes micróbios vivam.
É menos energia do que jamais pensámos que pudesse sustentar vida,
mas, espantosamente, maravilhosamente,
é o suficiente.
Assim, se estes micróbios do subsolo marinho
têm uma relação muito diferente com a energia do que pensávamos,
segue-se que também terão de ter uma relação diferente com o tempo
porque, quando se vive com gradientes de energia tão diminutos
é impossível um crescimento rápido.
Se eles quisessem colonizar a nossa garganta e fazer-nos adoecer,
seriam expulsos por estreptococos de crescimento rápido
antes de poderem iniciar uma divisão celular.
É por isso que nunca os encontramos na nossa garganta.
Talvez o facto de o subsolo marinho ser tão aborrecido
seja uma vantagem para estes micróbios.
Nunca são perturbados por uma tempestade.
Nunca são cobertos por ervas daninhas.
Só têm de existir.
Talvez que o que faltasse nas placas de Petri
não fosse comida.
Talvez não fosse um produto químico.
Talvez que aquilo que elas queriam,
o nutriente que lhes faltava, fosse o tempo.
Mas o tempo é a única coisa que nunca lhes poderemos dar.
Mesmo que eu passasse a cultura de células para os meus alunos doutorandos,
e eles a fossem passando para os seus doutorandos,
teríamos de fazer isso durante milhares de anos,
a fim de criarmos as mesmas condições do subsolo marinho,
tudo isso sem as sujeitar a quaisquer contaminantes,
Não é possível.
Talvez, perante a forma como as cultivámos nas nossas placas de Petri,
elas olhem para toda aquela comida que lhes demos e digam:
"Obrigado, vou acelerar tanto
"que vou produzir uma nova célula daqui a um século".
(Risos)
Porque é que o resto da biologia se move tão depressa?
Porque é que uma célula morre ao fim de um dia
e um ser humano só morre ao fim de cem anos?
Parecem limites arbitrariamente curtos,
quando pensamos na quantidade de tempo do universo.
Mas não são limites arbitrários.
São ditados por uma coisa simples,
e essa coisa é o Sol.
Quando a vida percebeu como dominar a energia do Sol,
através da fotossíntese
todos tivemos de nos apressar e entrar no ciclo do dia e da noite.
Dessa forma, o Sol deu-nos uma razão para sermos rápidos
e o combustível para o podermos ser.
É como se a maior parte da vida na Terra seja um sistema circulatório
em que o Sol é o nosso coração palpitante.
Mas o subsolo marinho é como um sistema circulatório
que está totalmente desligado do Sol.
Em vez dele, é governado por ritmos geológicos longos e lentos.
Atualmente, não há limite teórico na duração da vida de uma célula.
Enquanto houver um diminuto gradiente de energia a explorar,
teoricamente, uma célula pode viver
centenas de milhares de anos ou mais,
substituindo apenas partes danificadas ao longo do tempo.
Pedir a um micróbio que vive dessa forma que se desenvolva numa placa de Petri
é pedir-lhe que se adapte à nossa frenética vida, heliocêntrica.
Talvez tenham coisas melhores a fazer do que isso.
(Risos)
Imaginem se pudéssemos perceber como eles fazem isso.
E se isso envolve compostos ultraestáveis
que podem prolongar a duração da vida
em aplicações biomédicas ou industriais?
Ou talvez, se descobríssemos o mecanismo que usam
para se desenvolverem tão lentamente,
pudéssemos aplicá-lo em células cancerosas e atrasar a divisão celular.
Não sei.
Sinceramente, tudo isto é especulação.
A única coisa que sei, de certeza.
é que há cem quatriliões
de células microbianas vivas
no fundo dos oceanos do planeta.
São 200 vezes mais do que o total da biomassa dos seres humanos do planeta.
Esses micróbios têm uma relação com o tempo e a energia
fundamentalmente diferente da nossa.
O que para eles parece um dia,
para nós podem ser mil anos.
Eles não querem saber do Sol,
e não estão preocupados em crescer depressa.
Provavelmente, estão-se nas tintas para as minhas placas de Petri.
(Risos)
Mas, se pudermos continuar a encontrar formas criativas de os estudar,
talvez consigamos perceber como é a vida, toda a vida, no planeta.
Obrigada.
(Aplausos)
Eu sou microbióloga oceânica na Universidade do Tennessee,
e quero falar sobre alguns micro-organismos
tão incomuns e maravilhosos
que têm desafiado nossas certezas sobre como é de fato a vida na Terra.
Então, vou fazer uma pergunta.
Por favor, levante a mão se você já pensou que seria legal
ir até o fundo do oceano num submarino?
Sim, a maioria, porque os oceanos são bem legais.
Certo, agora por favor levante e mão
se você levantou a mão para ir ao fundo do oceano
porque assim chegaria um pouquinho mais perto
daquela lama interessante que tem lá embaixo.
(Risos)
Ninguém.
Eu sou a única aqui.
Bem, penso nisso o tempo todo.
Passo a maior parte do meu dia
tentando determinar a que profundidade conseguimos chegar na Terra
e ainda encontrar algo, qualquer coisa, que tenha vida,
pois ainda não temos a resposta a essa pergunta fundamental
a respeito da vida na Terra.
Na década de 1980, um cientista chamado John Parkes, no Reino Unido,
tinha essa mesma obsessão,
e ele teve uma ideia louca.
Ele acreditava que existia uma biosfera gigante, profunda e vibrante
sob os oceanos do mundo todo que se estendia
por centenas de metros de profundidade no leito oceânico, o que é legal,
mas o único problema é que ninguém acreditava nele,
e ninguém acreditava nele
porque os sedimentos do oceano talvez sejam o lugar mais chato da Terra.
(Risos)
Não há luz, não há oxigênio
e, talvez o pior de tudo,
é que não há entrega de comida fresca durante literalmente milhões de anos.
Não é preciso ser PhD em biologia
pra saber que é um lugar ruim para se procurar vida.
(Risos)
Mas, em 2002, Steven D'Hondt tinha convencido muita gente
de que ele estava trabalhando em algo que acabou conseguindo uma expedição,
num navio de perfuração, chamada JOIDES Resolution.
Ele a coordenou junto com Bo Barker Jørgensen, da Dinamarca.
Finalmente eles conseguiram
amostras intocadas do fundo do leito oceânico,
algumas realmente sem contaminação de micróbios da superfície.
Esse navio é capaz de perfurar milhares de metros no leito oceânico
e a lama vem à superfície em tubos sequenciais, um após o outro,
tubos bem longos, como este da foto.
Ele é carregado por cientistas, como eu, que embarcam nesses navios
e analisam os tubos nos navios e depois os enviamos
aos nossos laboratórios, para estudá-los melhor.
Quando John e seus colegas
conseguiram essas amostras intocadas do leito oceânico profundo,
eles a colocaram sob o microscópio
e viram imagens bem parecidas com esta,
que foi na verdade obtida numa expedição mais recente
feita pela minha estudante de PhD Joy Buongiorno.
Dá pra ver o material nebuloso no fundo.
É lama do leito oceânico profundo,
e os pontos verdes brilhantes destacados com corante verde fluorescente
são micro-organismos vivos.
Preciso contar a vocês algo trágico sobre os micro-organismos.
Todos parecem iguais sob o microscópio,
à primeira vista.
Você pode pegar os organismos mais fascinantes do mundo,
como um micróbio que literalmente respira urânio,
e outro que faz combustível de foguete,
misturá-los com lama do oceano,
colocá-los sob um microscópio, e eles são apenas pequenos pontos.
É realmente irritante.
Não podemos usar a aparência deles para separá-los.
Usamos o DNA, como uma impressão digital,
para dizer quem é quem.
E eu vou ensinar a vocês como fazer isso agora.
Então eu maquiei alguns dados, e vou mostrar dados não reais.
Isso é para ilustrar como seria
se um bando de espécies não estivessem relacionadas entre si.
Assim vocês podem ver que cada espécie
tem uma lista de combinações de A, G, C e T,
as quatro sub-unidades de DNA,
meio aleatoriamente misturadas, e nada parece com mais nada,
e essas espécies são totalmente independentes.
Mas essa é a aparência do verdadeiro DNA,
de um gene que essas espécies passam a compartilhar.
Tudo se alinha quase perfeitamente.
As chances de conseguir muitas daquelas colunas verticais
onde cada espécie tem um C ou cada espécie tem um T,
de forma aleatória, são infinitesimais.
Então sabemos que todas essas espécies tinham que ter um ancestral comum.
Eles são parentes uns dos outros.
Então agora vou dizer quem eles são.
As duas de cima somos nós e os chimpanzés,
que todos já sabiam do parentesco, obviamente.
(Risos)
Mas temos parentesco com coisas com as quais não parecemos,
como pinheiros e Giardia, aquela doença gastrointestinal
contraída ao beber água não filtrada durante nossas caminhadas.
Temos parentesco também com as bactérias E. coli e Clostrídio,
patógenos terríveis e oportunistas que levam à morte.
Há bons micro-organismos, é lógico, o Dehalococcoides ethenogenes,
que faz a limpeza de nosso resíduo industrial.
Portanto, se eu pegar estas sequências de DNA,
observando as similaridades e as diferenças entre elas,
e usá-las para fazer uma árvore genealógica
veremos nosso parentesco mais próximo,
portanto, é isso que parece.
Logo de cara, podem claramente identificar
que nós, a Giardia, os coelhos e os pinheiros,
somos todos irmãos
e que as bactérias são nossos primos distantes.
Somos parentes de todos os seres vivos da Terra.
Em meu trabalho diário
consigo produzir evidências científicas contra a solidão existencial.
Quando analisamos as primeiras sequências de DNA
dessas amostras intocadas do fundo do leito oceânico,
queríamos saber onde elas estavam.
A primeira coisa que descobrimos é que não eram "extraterrestres",
porque podíamos pegar seu DNA e alinhar com tudo na Terra.
Porém, investigamos onde elas entram em nossa árvore genealógica.
A primeira coisa que vão notar é que há muitas espécies.
Não era uma única espécie
que conseguia viver nesse lugar terrível.
É um monte de coisas.
A segunda coisa que vão notar,
tomara, é que elas não se parecem com nada que já vimos antes.
São tão diferentes umas das outras,
e diferentes de qualquer coisa que conhecemos,
quanto somos diferentes dos pinheiros.
Portanto, John Parkes estava completamente certo.
Ele, e nós, tínhamos descoberto um ecossistema altamente diversificado
e completamente novo na Terra
que ninguém sabia que existia antes da década de 80.
Ficamos muito envolvidos nisso.
O próximo passo era cultivar essas espécies exóticas em placa de Petri
e fazer experimentos completos com elas, assim como os microbiologistas fazem.
Não importava como as alimentávamos, elas se recusavam a crescer.
Mesmo agora, após 15 anos e muitas expedições,
nenhum humano jamais conseguiu cultivar essas espécies exóticas
em uma placa de Petri.
E não foi por falta de tentar.
Pode parecer decepcionante,
mas, ao contrário, acho estimulante,
pois significa que há muita coisa desconhecida ainda para descobrirmos.
Eu e meus colegas tivemos uma ideia genial:
ler os genes das espécies como um livro de receitas,
descobrir o que queriam comer e colocar tudo nas suas placas de Petri,
então, elas cresceriam e seriam felizes.
Mas quando observamos seus genes, descobrimos que elas queriam comer
a mesma comida que havíamos dado a elas.
Deu na mesma.
Tinha algo a mais que elas queriam nas placas de Petri
que não estávamos dando a elas.
Ao combinar medições de muitos lugares diferentes ao redor do mundo,
meus colegas da Universidade do Sul da Califórnia,
Doung LaRowe e Jan Amend,
conseguiram calcular que cada uma das células microbiais
precisam somente de um zeptowatt de força
e antes que vocês consultem, um zeptowatt é 10 elevado a menos 21;
eu também teria curiosidade em saber.
Por outro lado, os humanos
precisam de aproximadamente 100 watts de força.
Então, 100 watts é, basicamente, pegar um abacaxi
e soltá-lo da altura da cintura até o chão 881.632 vezes por dia.
Se fizesse isso e conectasse-o a uma turbina,
criaria força suficiente pra que eu funcionasse por um dia.
Um zeptowatt,
se considerarmos em termos similares, é como pegar um grão de sal
e imaginar uma bola muito pequena
que é um milionésimo da massa desse grão de sal
e colocá-la em um nanômetro,
que é uma centena de vezes menor do que o comprimento de onda da luz,
uma vez por dia.
Isso é tudo que precisa para fazer esses micro-organismos viverem.
É menos energia do que imaginávamos ser necessária para suportar a vida,
mas, de um modo impressionante e maravilhoso, é o suficiente.
Portanto, se esses micro-organismos
têm um relacionamento bem diferente com energia daquele que prevíamos,
precisarão ter um relacionamento diferente com o tempo também,
pois, quando se vive em gradientes minúsculos de energia,
o crescimento acelerado é impossível.
Se quisessem colonizar em nossas gargantas e nos deixar doentes,
seriam expulsos pelo crescimento dos estreptococos
antes que pudessem iniciar a divisão celular.
É por isso que nunca os encontramos em nossas gargantas.
Talvez o fato do fundo do leito oceânico ser tão chato
seja uma vantagem para esses micro-organismos.
Eles nunca são destruídos por tempestades,
nunca são cobertos por ervas.
Tudo que eles têm que fazer é existir.
Talvez aquilo que estava faltando nas placas de Petri
de forma alguma era comida, tampouco um produto químico.
Talvez o nutriente que eles realmente querem é tempo.
Mas tempo é algo que nunca poderemos dar a eles.
Mesmo se eu passar uma cultura celular para meu alunos de PhD,
e eles repassarem para seus alunos de PhD, etc.,
teríamos que fazer isso por milhares de anos
para imitar as condições exatas do fundo do leito oceânico,
tudo sem o crescimento de contaminantes.
Isso não é possível.
Talvez, de certa forma, já os cultivamos nas placas de Petri.
Talvez possam olhar para a comida que demos e digam:
"Obrigado, vou acelerar tanto que farei uma nova célula no próximo século".
(Risos)
Então por que o restante da biologia caminha tão rápido?
Por que uma célula morre após um dia
e um humano morre depois de uma centena de anos?
Realmente são limites arbitrariamente curtos
se você considerar a quantidade de tempo do Universo.
Porém, não são limites arbitrários.
São comandados por uma simples coisa
e esta coisa é o Sol.
Quando a vida descobriu como aproveitar a energia solar através da fotossíntese,
tivemos que acelerar e nos adaptar aos ciclos de dia e noite.
Dessa forma, o Sol nos deu uma razão para sermos rápidos
e o combustível para fazer isso.
Podemos ver a vida na Terra como um sistema circulatório
e o Sol como nosso coração.
Mas o fundo do leito oceânico é como um sistema circulatório
completamente desconectado do Sol.
Ao invés disso, ele é controlado por ritmos geológicos lentos e longos.
Não há limite teórico na longevidade de uma simples célula.
Desde que haja pelo menos um gradiente minúsculo de energia para explorar,
teoricamente, uma simples célula poderia viver
por centenas de milhares de anos ou mais,
trocando partes quebradas ao longo do tempo.
Pedir a um micro-organismo para crescer nas placas de Petri vivendo dessa forma
é pedir-lhe que se adapte ao estilo de vida centrado no Sol,
e ele talvez tenha coisas melhores a fazer.
(Risos)
Imaginem se descobríssemos como eles conseguem fazer isso.
E se isso envolver alguns componentes ultraestáveis
que poderíamos usar para aumentar a validade
de aplicações industriais ou biomédicas?
Talvez se descobríssemos o mecanismo que usam
para crescer de forma tão lenta, poderíamos reproduzir isso
em células cancerígenas e desacelerar a divisão celular.
Não sei.
Honestamente, isso é especulação,
mas a única coisa que tenho certeza
é que há centenas de bilhões de bilhões de células de micro-organismos vivos
escondidas em todos os oceanos do mundo.
São 200 vezes mais do que o total da biomassa dos humanos nesse planeta.
Esses micro-organismos têm um relacionamento diferente
com o tempo e a energia do que nós temos.
O que parece um dia para eles pode ser milhares de anos para nós.
Eles não se importam com o Sol tampouco em crescer rápido.
Eles não dão a mínima para minhas placas de Petri...
(Risos)
Porém, se pudermos encontrar maneiras criativas de estudá-los
talvez, finalmente, descobriremos como é toda a vida na Terra.
Obrigada.
(Aplausos)
Я микробиолог в области океанографии в Университете Теннесси,
и я хочу рассказать сегодня о некоторых микроорганизмах,
странных, но в то же время прекрасных
и бросающих вызов нашим предположениям о том, какова жизнь на Земле.
Я хочу задать вам вопрос.
Поднимите, пожалуйста, руки те, кто считает, что было бы круто
спуститься на дно океана в подводной лодке.
Отлично.
Большинство. Потому что океан великолепен.
А теперь поднимите руки те,
кто поднял руку и хочет опуститься на дно океана для того,
чтобы стать чуточку ближе
к этой будоражащей умы грязи на самом дне.
(Смех)
Никто.
Похоже, я единственная в этом зале.
Я думаю о ней постоянно.
Бóльшую часть времени я трачу на то,
что пытаюсь определить, насколько далеко в глубь Земли мы можем продвинуться
и обнаружить там жизнь.
Ведь мы до сих пор не знаем ответ на очень важный вопрос
о зарождении жизни на Земле.
В 1980-е годы учёный из Великобритании Джон Паркс
был одержим, как и я,
и придумал сумасшедшую идею.
Он верил, что под толщей мирового океана
существует обширная биосфера живых микроорганизмов
толщиной в сотни метров,
что уже само по себе потрясающе.
Единственная проблема — его взгляды никто не разделял,
и причина этого заключалась в том,
что отложения на дне океана, возможно, самое скучное место на Земле.
(Смех)
Туда не попадают солнечные лучи, там нет кислорода,
и что самое ужасное —
там нет никакой свежей еды уже на протяжении миллионов лет.
Не обязательно иметь учёную степень по биологии,
чтобы понять, что это не самое подходящее место для поисков жизни.
(Смех)
Но в 2002 году Стивен Д`Ондт убедил достаточное количество людей,
чтобы отправиться в экспедицию
на бурильном корабле под названием JOIDES Resolution.
Компанию ему составил Бо Баркер Йоргенсен из Дании.
В конце концов они добрались
до нетронутых образцов глубинных недр,
куда не добрались микроорганизмы с поверхности.
Буровой корабль способен просверлить дно океана на тысячи метров вглубь так,
что грязь выйдет последовательно, проба за пробой —
вот в таких длиннющих грунтовых трубках.
Здесь её несут такие же учёные, как и я,
на корабле мы обрабатываем эти пробы, а затем отправляем на сушу
в наши лаборатории для дальнейшего изучения.
И когда Джон и его коллеги
получили эти драгоценные нетронутые глубоководные образцы,
они поместили их под микроскоп
и увидели нечто похожее на то,
что обнаружили в результате более ранней экспедиции,
организованной моей студенткой, аспиранткой Джой Бонджорно.
Видите разводы на фоне снимка?
Это и есть грязь, та самая грязь со дна океана.
А ярко-зелёные точки, подкрашенные флюоресцентной краской, —
настоящие живые микроорганизмы.
А сейчас я расскажу вам о микробах нечто в самом деле ужасное.
Под микроскопом они все выглядят одинаково.
Я имею в виду, с первого взгляда.
Можно взять самые удивительные организмы в мире,
например, бактерию, способную «дышать» ураном,
и бактерию, которая является источником ракетного топлива,
соединить их с грязью со дна океана,
поместить их под микроскоп,
и вы увидите лишь маленькие точечки.
Это ужасно раздражает.
Поэтому мы не можем рассортировать их по внешнему виду.
Мы должны использовать ДНК как отпечаток пальца,
чтобы определить, кто есть кто.
И я научу вас этому прямо сейчас.
Я покажу вам некоторые данные, которые составила сама, они не настоящие.
Это для того, чтобы показать, как бы выглядела группа образцов,
абсолютно несвязанных друг с другом.
Здесь видно, что каждая особь
имеет комбинации из A, G, C и T —
четырёх субэлементов ДНК,
перемешанных как попало и абсолютно не похожих между собой,
так что эти особи совершенно не связаны друг с другом.
А вот так выглядят настоящие ДНК,
взятые из гена, присутствующего во всех этих видах.
Всё сходится почти идеально.
Шансы получить так много вертикальных колонок,
в которых у каждой особи случайно оказался элемент С или Т,
ничтожно малы.
Итак, мы знаем, что у всех этих особей должен был быть общий предок.
Они являются родственниками друг другу.
А теперь я расскажу вам, кто они.
Два верхних — это мы и шимпанзе,
с которыми у нас, как известно, много общего — это же очевидно.
(Смех)
Однако у нас есть общее и с видами, на которые мы не похожи,
например, сосна обыкновенная или лямблия, вызывающая кишечное расстройство,
если пить нефильтрованную воду во время походов.
Также у нас есть сходство с бактериями, например, E. coli и Clostridium difficile,
ужасными приспосабливающимися патогенами, вызывающими летальный исход.
Но есть и полезные микробы, например, Dehalococcoides ethenogenes,
которые очищают наши промышленные отходы.
Если взять эти последовательности ДНК,
а затем сопоставить их сходства и различия
для создания нашей общей родословной,
отражающей родственные связи,
то вот как это выглядит.
Хорошо видно,
что люди, лямблии, кролики и сосны —
потомки одних и тех же родителей,
в то время как бактерии являются нашими двоюродными братьями.
Но всё живое на Земле связано родственными связями.
В своей ежедневной работе
я должна найти научные доказательства против экзистенциального одиночества.
И когда мы получили первые последовательности ДНК
из нетронутых образцов глубинных недр, собранных во время первой экспедиции,
мы захотели узнать, откуда они родом.
И первое, что мы выяснили — они имеют земное происхождение,
потому что мы смогли сопоставить их ДНК с другими существами на Земле.
Посмотрим, как же они распределились по нашему родословному древу.
Первое, что бросается в глаза — их очень много.
Это был не один малочисленный вид,
которому удалось выжить в этом ужасном месте.
Их оказалось очень много.
И второе, что вы могли заметить, надеюсь,
ничего подобного мы раньше не видели.
Они отличаются друг от друга также,
как от всего остального, что нам известно,
как человек отличается от сосны.
Поэтому Джон Паркс был абсолютно прав.
И он, и мы обнаружили совершенно новую и очень разнообразную
экосистему микробиома на Земле,
о которой ничего не было известно вплоть до 1980-х годов.
Так что мы были на правильном пути.
Следующий шаг — вырастить эти экзотические виды в чашке Петри,
чтобы можно было проводить настоящие эксперименты,
какие обычно проводят микробиологи.
Но чем бы мы их ни кормили,
они отказывались размножаться.
Даже сейчас после 15 лет экспедиций
ни одному учёному не удалось вырастить эти экзотические глубоководные микроорганизмы
в искусственных условиях.
И дело не в недостатке попыток.
Возможно, кого-то это разочарует,
но меня, наоборот, воодушевляет,
потому что ещё так много неизвестного впереди, над чем можно поработать.
Например, у меня и моих коллег появилась, как нам казалось, отличная идея.
Мы решили прочитать их гены, как книгу рецептов,
выяснить, чем они питаются, и накормить их,
чтобы они могли расти и быть счастливы.
Но когда мы увидели их гены,
выяснилось, что им была нужна именно та еда, которой мы их кормили.
Это был полный провал.
Было кое-что ещё, чего им не хватало в чашках Петри,
чего мы им не давали.
Сопоставив различные данные
со всего мира,
мои коллеги из Университета Южной Калифорнии
Даг ЛаРоу и Ян Аменд
смогли подсчитать, что каждой из этих глубоководных клеток
требуется лишь один зептоватт мощности,
и прежде чем вы достанете свои телефоны, я поясню, что это 10 в минус 21 степени,
потому что я бы тоже это загуглила.
Людям, с другой стороны,
требуется около 100 ватт энергии.
100 ватт эквивалентно тому, чтобы взять ананас
и бросать его с метровой высоты на землю 881 632 раза в день.
Если сделать это, а потом подключить турбину,
то полученной мощности будет достаточно, чтобы я могла существовать один день.
В аналогичных условиях зептоватт —
это как если взять одну крупинку соли
и представить крошечный-крошечный шарик,
который является одной тысячной массы этой крупинки соли,
а затем бросить его на один нанометр,
который в сто раз меньше, чем длина волны видимого света,
один раз в день.
Это всё, что нужно для поддержания жизни этих микроорганизмов.
Мы и представить себе не могли, что такое малое количество энергии
способно поддерживать жизнь,
но каким-то удивительным образом
этого вполне достаточно.
Если у этих глубоководных микробов
особенные отношения с энергией, о которых мы не подозревали,
то, следовательно, у них должны быть
другие отношения и со временем,
потому что если для жизни используется так мало энергии,
то быстрый рост невозможен.
Если бы эти микробы захотели поселиться в нашем горле,
они были бы вытеснены быстрорастущим стрептококком
ещё до того, как начали бы размножаться.
Поэтому мы никогда не обнаружим их в горле.
Возможно, тот факт, что на глубине океана довольно скучно,
на самом деле является ценным ресурсом для этих микробов.
Они никогда не вымываются штормом.
Никогда не зарастают сорняками.
Всё, что им нужно, — это существовать.
Возможно, то, чего не доставало в чашках Петри,
вовсе и не было пищей.
И это не химическое вещество.
Возможно, то, что им так необходимо
для развития, — это время.
Но время — это то, что я никогда не смогу им дать.
И даже если я передам эту культуру клеток своим аспирантам,
а они передадут своим аспирантам и так далее,
нам придётся делать это в течение нескольких тысяч лет,
чтобы имитировать точные условия, происходящие в глубоких недрах,
и при этом без загрязнений.
Это просто невозможно.
Но, может быть, в некотором роде, мы уже вырастили их в наших чашках Петри.
Может, они посмотрели на предложенную нами пищу и сказали:
«Спасибо, я постараюсь ускориться
и создать новую клетку к следующему столетию».
Ах!
(Смех)
А почему другие живые существа размножаются так быстро?
Почему клетка погибает через день,
и человек умирает всего лишь через сто лет?
Это довольно короткие сроки,
если рассуждать в масштабах всей Вселенной.
Но это не произвольные ограничения.
Они продиктованы одним простым обстоятельством,
и это обстоятельство — Солнце.
Однажды живые существа узнали, как использовать энергию Солнца
с помощью фотосинтеза.
Всем пришлось ускориться и подстроиться под дневные и ночные циклы.
Таким образом, Солнце дало нам и причину быть быстрыми,
и необходимую для этого энергию.
Жизнь на Земле можно рассматривать как кровеносную систему,
сердцем которой является Солнце.
Но глубоководные недра — это кровеносная система,
которая полностью отключена от Солнца.
Вместо этого они подчиняются долгим, медленным геологическим ритмам.
Сейчас нет теоретического ограничения продолжительности жизни одной клетки.
Пока есть хоть немного энергии, которую можно использовать,
теоретически одиночная клетка может жить
сотни тысяч лет или дольше,
просто со временем заменяя повреждённые части.
Попросить микроба, живущего в подобных условиях, вырасти в чашке Петри
значит попросить адаптироваться к нашей неистовой, солнцеориентированной жизни,
а может, у него есть дела поважнее.
(Смех)
Представьте, если бы нам удалось выяснить, как они это делают.
Что, если они используют ультра-стабильные соединения,
которые помогли бы нам увеличить сроки хранения
в биомедицине или промышленности?
Или, может, если мы поймём механизм, который они используют,
чтобы так медленно расти,
мы смогли бы имитировать его и замедлить деление раковых клеток.
Я не знаю.
Честно говоря, это всё домыслы,
но в чём я точно уверена,
это то, что существуют сто миллиардов миллиардов миллиардов
живых клеток микроорганизмов
на самой глубине океана.
Это в 200 раз больше общей биомассы людей на всей планете.
И эти микробы имеют принципиально другие отношения
со временем и энергией, чем мы.
То, что для них день,
для нас может оказаться тысячей лет.
Им нет дела до солнца,
им нет дела до быстрого роста,
и их, наверное, совершенно не волнуют мои чашки Петри...
(Смех)
но если мы сможем продолжать находить творческие способы для их изучения,
возможно, мы наконец-то выясним, какова жизнь на всей Земле.
Спасибо.
(Аплодисменты)
Som morská mikrobiologička na Univerzite v Tennessee
a chcem vám porozprávať o mikróboch,
ktoré sú také zvláštne a úžasné,
že popierajú naše domnienky o tom, aký je život na Zemi.
Mám otázku.
Dajte hore ruku, keď vám niekedy napadlo, že by bolo super
ísť na dno oceánu v ponorke?
Áno.
Väčšina z vás, lebo oceány sú super.
V poriadku, teraz dajte ruku hore,
keď váš dôvod ísť na dno oceánu je,
že by vás to o trochu priblížilo
k zaujímavému bahnu, ktoré tam dole je.
(smiech)
Nikto.
Som jediná v tejto miestnosti.
Ja nad tým rozmýšľam stále.
Trávim väčšinu dňa tým,
že sa snažím zistiť, ako hlboko do Zeme môžeme ísť,
aby sme stále niečo našli, hocičo, čo je živé,
pretože stále nevieme odpoveď na túto veľmi základnú otázku
o živote na Zemi.
V 80. rokoch vedec John Parkes vo Veľkej Británii
bol podobne posadnutý
a prišiel na šialený nápad.
Veril, že existuje rozsiahla, hlboká a živá mikrobiálna biosféra
pod zemskými oceánmi,
ktorá siaha stovky metrov do morského dna,
čo je zaujímavé,
jediný problém bol, že nikto mu neveril
a dôvod, prečo mu nikto neveril, bol,
že oceánske sedimenty sú asi najnudnejšie miesto na Zemi.
(smiech)
Nie je tam žiadne svetlo, žiaden kyslík
a asi najhoršie zo všetkého,
nie sú tam donášky čerstvého jedla už milióny rokov.
Nemusíte mať doktorát z biológie na to,
aby ste vedeli, že je to zlé miesto na hľadanie života.
(smiech)
Avšak v roku 2002 [Steven D'Hondt] presvedčil dosť ľudí o tom,
že niečo našiel a tak získal expedíciu
na tomto lodnom vrtáku, nazývanú JOIDES Resolution.
Fungoval po boku Bo Barker Jørgensena z Dánska.
Konečne sa im podarilo získať
dobré, čisté vzorky z podpovrchových hĺbok,
niektoré bez znečistenia od povrchových mikróbov.
Tento lodný vrták je schopný vŕtať tisícky metrov pod dno oceánu
a bahno vychádza v následných cievkach jedna za druhou,
dlhé, dlhočizné cievky, ktoré vyzerajú takto.
Tie nosia vedci ako ja, ktorí sú na týchto lodiach
a spracúvame cievky na lodiach a potom ich posielame domov,
do našich domácich laboratórií na ďalšie skúmanie.
Keď John a jeho kolegovia
získali tieto prvé vzácne čisté hlbokomorské vzorky,
dali ich pod mikroskop
a uvideli niečo, čo vyzeralo skoro ako toto,
čo je z nedávnej expedície
Joy Buongiornovej, mojej Ph.D študentky.
Môžete vidieť hmlisté veci v pozadí.
To je bahno. To je hlbokomorské oceánske bahno
a tie jasnozelené bodky zafarbené fluorescenčnou zelenou farbou
sú ozajstné živé mikróby.
Musím vám povedať niečo skutočne tragické o mikróboch.
Všetky vyzerajú rovnako pod mikroskopom,
aspoň pri prvom priblížení.
Môžete zobrať najfascinujúcejšie organizmy na svete,
ako mikrób, ktorý doslova dýcha urán
a ďalší, ktorý vyrába raketové palivo,
pomiešať ich s oceánskym bahnom,
dať ich pod mikroskop
a sú to len malé bodky.
Je to otravné.
Takže nemôžeme použiť ich výzor na to, aby sme ich rozoznali.
Musíme použiť DNA, ako odtlačok prsta,
aby sme vedeli, kto je kto.
Ja vás všetkých hneď teraz naučím, ako to urobiť.
Vymyslela som si nejaké dáta, ktoré nie sú skutočné, a teraz vám ich ukážem.
To je na ilustráciu toho, ako by to vyzeralo,
keby skupina druhov nebola vôbec príbuzná.
Môžete vidieť, že každý druh
má zoznam kombinácií A,G,C,T,
ktoré sú štyri pod-jednotky DNA
náhodne pomiešané a nič nevyzerá ako niečo iné
a tieto druhy nemajú nič spoločné.
Avšak takto vyzerá skutočné DNA
z génu, ktorý tieto druhy majú spoločný.
Všetko sedí skoro dokonale.
Možnosť, že budete mať toľko vertikálnych stĺpcov,
kde každý druh má C, alebo každý druh má T
čistou náhodou, je nekonečne malá.
Takže vieme, že všetky tieto druhy museli mať spoločného predka.
Všetci sú spoloční príbuzní.
Tak a teraz vám poviem, kto to je.
Vrchné dve sme my a šimpanzy,
čo ste už všetci vedeli, že sú príbuzní, pretože je to očividné.
(smiech)
Ale sme tiež príbuzní s vecami, na ktoré sa nepodobáme,
ako borovica a Giardia, čo je žalúdočno-črevná choroba,
ktorú môžete dostať, keď si nefiltrujete vodu na túre.
Taktiež sme príbuzní s baktériami, ako E. coli a Clostridium difficile,
čo je hrozný oportunistický patogén, ktorý zabíja mnoho ľudí.
Samozrejme, že existujú aj dobré mikróby, ako baktérie rodu Dehalococcoides,
ktoré za nás čistia industriálny odpad.
Keď si vezmem tieto DNA sekvencie
a potom použijem podobnosti a rozdiely medzi nimi
na vytvorenie rodokmeňu pre nás všetkých,
aby ste mohli vidieť kto je blízky príbuzný,
potom to vyzerá takto.
Na prvý pohľad môžete jasne vidieť,
že bytosti ako my a Giardia a zajace a borovice
sú všetky ako súrodenci,
a potom baktérie sú ako naši pradávni bratranci.
Ale sme príbuzní so všetkými živými stvoreniami na Zemi.
Každý deň v práci
prichádzam s vedeckými dôkazmi proti existenciálnej samote.
Keď sme dostali tieto prvé DNA sekvencie
z prvej výpravy, z prvotriednych vzoriek z hlbokého pod-povrchu,
chceli sme vedieť, kde sa nachádzali.
Prvú vec, ktorú sme zistili, bola, že nie sú mimozemšťania,
pretože sme ich DNA dokázali prepojiť so všetkým ostatným na Zemi.
Pozrite, kde sa nachádzajú na strome života.
Prvá vec, ktorú si všimnete, je, že ich je veľa.
Nebol to len jeden malý druh,
ktorému sa podarilo prežiť na tomto hroznom mieste.
Je toho oveľa viac.
Druhá vec, ktorú si snáď všimnete, je,
že sa nepodobajú na nič, čo sme videli predtým.
Sú od seba také odlišné,
ako sú odlišné od všetkého iného, čo sme kedy poznali,
ako sme my od borovíc.
Takže John Parkes mal úplnú pravdu.
On a my sme objavili úplne nový a vysoko rôznorodý
mikrobiálny ekosystém na Zemi,
o ktorom nikto nevedel, že existuje do 80. rokov 20. storočia.
Boli sme na dobrej ceste.
Ďalším krokom bolo vypestovať tieto exotické druhy v Petriho miske,
aby sme na nich mohli robiť skutočné experimenty,
ako by to mikrobiológovia mali robiť.
Avšak bolo jedno, čím sme ich kŕmili,
odmietali rásť.
Aj teraz o 15 rokov a mnoho expedícií neskôr
sa žiadnemu človeku nepodarilo vypestovať čo i len jeden
tento exotický hlboko pod-povrchový mikrób v Petriho miske.
A nie je to nedostatkom snahy.
Môže to znieť trochu pesimisticky,
ale mne to príde vzrušujúce,
lebo to znamená, že existuje omnoho viac zaujímavých neznámych na vyriešenie.
Mysleli sme si, ja a moji kolegovia, že sme dostali skvelý nápad.
Chceli sme prečítať ich gény ako kuchárku,
nájsť to, čo chcú jesť, a dať to do ich Petriho misiek
a potom by rástli a boli šťastné.
Ale keď sme sa pozreli na ich gény,
ukázalo sa, že tým, čo by chceli jesť, sme ich už kŕmili.
Bola to úplná strata času.
Bolo tam ešte niečo, čo chceli mať vo svojich Petriho miskách,
čo sme im nedávali.
Kombináciou meraní z rôznych miest na svete
moji kolegovia na Univerzite Južnej Kalifornie,
Doug LaRowe a Jan Amend,
boli schopní vypočítať, že každá z týchto hlbokomorských mikrobiálnych buniek
potrebuje len jeden zeptowatt energie,
a skôr než si vyberiete mobil z vrecka, zepto je jedna triliardtina,
pretože viem, že ja by som si to chcela zistiť.
Na druhej strane, ľudia
potrebujú okolo 100 wattov energie.
100 wattov je približne ako keď zoberiete ananás
a pustíte ho z výšky vášho pásu na zem tak 881 632-krát za deň.
Keby ste to urobili a napojili to na turbínu,
to by vytvorilo dostatok energie, aby som mohla deň existovať.
Zeptowatt, keď ho dáte do podobnej rovnice,
je ako keď zoberiete zrnko soli
a potom si predstavíte maličkú guličku,
ktorá je tisícinou masy toho jedného zrnka soli
a potom ju pustíte jeden nanometer,
ktorý je tisíckrát menší než vlnová dĺžka viditeľného svetla,
raz za deň.
To stačí mikróbom na prežitie.
Je to menej energie, než sme si kedy mysleli, že by stačilo na život,
avšak nejakým spôsobom, napodiv, je to dosť.
Pokiaľ tieto hlboko pod-povrchové mikróby
majú odlišný vzťah k energii, než sme si mysleli,
tak je logické, že budú mať
iný vzťah aj s časom,
pretože ak žijete na tak málo energii,
rýchly rast je nemožný.
Keby tieto veci chceli kolonizovať naše hrdlá a nakaziť nás,
premohli by ich rýchlo rastúce streptokoky
predtým, než by mohli začať s bunkovým delením.
Preto ich nikdy nenájdeme v našich hrdlách.
Možno to, že hlboký pod-povrch je taký nudný,
je vlastne výhodou pre tieto mikróby.
Nikdy ich nevyplaví búrka.
Nikdy ich neprerastie burina.
Nemusia robiť nič iné, len existovať.
Možno to, čo nám chýba v Petriho miskách,
nebolo nakoniec jedlo.
Možno to nebola chemikália.
Možno to, čo tak chcú,
výživa, ktorú tak chcú, je čas.
Avšak čas je jediná vec, ktorú im nie som schopná dať.
Keď mám bunkovú kultúru, ktorú posuniem svojim PhD. študentom,
ktorí ju posunú svojim PhD. študentom atď.,
museli by sme to robiť tisícky rokov na to,
aby sme napodobnili presné podmienky hlbokého pod-povrchu,
bez toho, aby sme nevypestovali nečistoty.
Jednoducho to nie je možné.
Je možné, že sme ich už v našich Petriho miskách vypestovali.
Možno sa pozreli na všetko to jedlo, ktoré sme im ponúkli a povedali:
„Vďaka, ja to tak urýchlim,
že vytvorím novú bunku v ďalšom storočí.“
Pfff.
(smiech)
Prečo sa teda zvyšok biológie hýbe tak rýchlo?
Prečo bunka zomrie po jednom dni
a človek zomrie po len sto rokoch?
Zdajú sa to byť arbitrárne krátke časové limity,
keď si vezmete celkové množstvo času vo vesmíre.
Ale nie sú to arbitrárne limity.
Sú diktované jednou jednoduchou vecou,
a tá vec je Slnko.
Akonáhle život zistil, ako získavať energiu zo Slnka
cez fotosyntézu,
všetci sme si museli pohnúť a začať fungovať na denných a nočných cyklusoch.
Týmto spôsobom nám Slnko dalo dôvod byť rýchli
a energiu na to.
Môžete brať väčšinu života na Zemi ako obežný systém
a Slnko je naše búšiace srdce.
Ale hlboký pod-povrch je ako obežný systém,
ktorý je úplne odpojený od Slnka.
Namiesto toho ho poháňa dlhý a pomalý geologický rytmus.
Momentálne neexistuje teoretický limit na dĺžku života jednej bunky.
Pokiaľ na využitie existuje aspoň maličké množstvo energie,
tak teoreticky by samostatná bunka mohla žiť
stovky tisícov rokov a viac,
jednoducho nahrádzaním nefunkčných častí postupom času.
Žiadať mikrób, ktorý takto žije, aby vyrástol v našich Petriho miskách,
je ako žiadať aby sa prispôsobili nášmu rýchlemu slnečnému spôsobu života
a možno majú lepšie veci na práci.
(smiech)
Predstavte si, že by sme zistili, ako to robia.
Čo ak to zahŕňa zaujímavé ultrastabilné zmesi,
ktoré by sme mohli použiť na zvýšenie trvanlivosti
v biologicko-lekárskych, alebo industriálnych aplikáciách?
Alebo keby sme zistili mechanizmus, ktorý používajú
na taký neobyčajne pomalý rast,
mohli by sme ho napodobniť v rakovinových bunkách a spomaliť ich delenie.
Neviem.
Skutočne, všetko sú to špekulácie,
ale som si istá jedinou vecou, a to,
že na dne všetkých svetových oceánov
existujú stovky miliárd miliárd miliárd
živých mikrobiálnych buniek.
To je 200-krát viac než je celková biomasa človeka na tejto planéte.
A tieto mikróby majú od základu odlišný vzťah
s časom a energiou, než máme my.
Čo sa im zdá ako deň,
môžu byť pre nás tisícky rokov.
Nezaujímajú sa o Slnko
a nezaujíma ich rýchly rast
a pravdepodobne ich nezaujímajú moje Petriho misky,
(smiech)
ale keď budeme pokračovať v hľadaní kreatívnych spôsobov ako ich študovať,
tak možno konečne zistíme aký je život, všetok život, na Zemi.
Ďakujem.
(potlesk)
Ja sam okeanski mikrobiolog na Univerzitetu u Tenesiju,
i želim da vam pričam o nekim mikrobima
koji su toliko čudni i divni
da izazivaju naše pretpostavke o tome kakav je život na Zemlji.
Imam pitanje.
Podignite ruku ako ste ikada pomislili da bi bilo super
ići na dno okeana u podmornici.
Da.
Većina vas, jer su okeani tako super.
U redu, sada - podignite ruku
ako je razlog zašto ste podigli ruku da idete na dno okeana
taj što bi vas to dovelo malo bliže
tom uzbudljivom mulju koji je tamo dole.
(Smeh)
Niko.
Jedino ja u ovoj prostoriji.
Pa, ja o tome mislim sve vreme.
Provodim veći deo svojih budnih sati
pokušavajući da odredim koliko duboko možemo ići u Zemlju
i i dalje naći nešto, bilo šta što je živo,
jer još uvek ne znamo odgovor na ovo vrlo bazično pitanje
o životu na Zemlji.
Tako je u 1980-im naučnik po imenu Džon Parks, u UK-u,
bio slično opsednut,
i pala mu je na pamet luda ideja.
Verovao je da postoji ogromna, duboka i živa mikrobiološka biosfera
ispod svih svetskih okeana
koja se prostire stotinama metara u morskom dnu,
što je super,
ali je jedini problem bio što mu niko nije verovao,
a razlog što mu niko nije verovao
je što su okeanski sedimenti možda najdosadnije mesto na Zemlji.
(Smeh)
Nema sunčeve svetlosti, nema kiseonika,
i možda najgore od svega,
nema isporuke sveže hrane bukvalno milionima godina.
Ne morate biti doktor biologije
da biste znali da je to loše mesto za traženje života.
(Smeh)
Ali 2002. godine, Stiven D'Hont je ubedio dovoljno ljudi
da je na tragu nečega da je zapravo dobio ekspediciju
na ovu bušilicu, pod nazivom JOIDES Rezolucija.
I sproveo ju je zajedno sa Boom Barkerom Jorgensenom iz Danske.
Tada su konačno mogli da prikupe
dobre čiste uzorke iz dubokog podzemlja,
neke zaista bez kontaminacije od površinskih mikroba.
Ova bušilica je sposobna za bušenje hiljadama metara ispod okeana,
a mulj se pojavljuje u sekvencijalnim jezgrima, jedno za drugim -
duga, duga jezgra koja izgledaju ovako.
Ovo sprovode naučnici poput mene koji idu na ove brodove,
obrađujemo jezgra na tim brodovima, a zatim ih šaljemo kući
našim laboratorijama na dalje proučavanje.
Kada su Džon i njegove kolege
dobili te prve dragocene duboko morske čiste uzorke,
stavili su ih pod mikroskop,
i videli slike koje su izgledale prilično poput ovoga,
što je zapravo napravio na novijoj ekspediciji
moj student doktorskih studija, Džoj Bonđorno.
Možete videti nejasne stvari u pozadini.
To je blato. To je duboko okeansko blato,
a sjajne zelene tačke obojene fluorescentnom zelenom bojom
su pravi, živi mikrobi.
Sada vam moram reći nešto zaista tragično o mikrobima.
Svi izgledaju isto pod mikroskopom,
mislim, do prve procene.
Možete uzeti najfascinantnije organizme na svetu,
poput mikroba koji bukvalno udiše uranijum
i drugi koji pravi raketno gorivo,
pomešajte ih sa malo okeanskog mulja,
stavite ih pod mikroskop,
i oni su samo tačkice.
Zaista je iritirajuće.
Prema tome ne možemo ih razlikovati po izgledu.
Moramo koristiti DNK, poput otiska prsta,
da bismo rekli ko je ko.
I sada ću vas naučiti kako da to uradite.
Izmislila sam neke podatke i pokazaću vam neke podatke koji nisu istiniti.
Ovo služi da ilustruje kako bi izgledalo
da mnoge vrste nisu nikako povezane jedna sa drugom.
Možete videti da svaka vrsta
ima niz kombinacija A, G, C i T,
što su 4 podjedinice DNK,
nasumično pomešane, i ništa ne liči ni na šta,
i ove vrste apsolutno nisu povezane jedna sa drugom.
Ali ovako izgleda prava DNK,
iz gena koje ove vrste igrom slučaja dele.
Sve se uklapa skoro savršeno.
Šanse da se dobije toliko tih vertikalnih kolona
gde svaka vrsta ima C ili svaka vrsta ima T,
sasvim slučajno, su beskonačne.
Znamo da su sve te vrste morale da imaju zajedničkog pretka.
Svi su rođaci jedni drugima.
A sada ću vam reći ko su oni.
Prve dve smo mi i šimpanze,
već znate da smo u srodstvu, jer, mislim, očigledno je.
(Smeh)
Ali smo takođe u srodstvu sa stvarima na koje ne ličimo,
poput borova i giardioze, što je ono gastrointestinalno oboljenje
koje možete dobiti ako ne filtrirate vodu dok planinarite.
Takođe smo u srodstvu sa bakterijama poput E.coli i Clostridium difficile,
što je grozni, oportunistički patogen koji ubija mnogo ljudi.
Ali postoje naravno i dobri mikrobi, poput Dehalococcoides etenogena,
koji čiste naš industrijski otpad.
Ako uzmem ove DNK nizove,
i iskoristim ih, sličnosti i razlike između njih,
da napravim porodično stablo za sve nas
da biste videli ko je u bližem srodstvu,
onda to izgleda ovako.
I možete jasno videti, letimice,
da su stvari poput nas i giardioze i zečeva i borova
svi, kao, braća i sestre,
a da su bakterije kao naši prastari rođaci.
Ali mi smo u srodstvu sa svakim živim bićem na Zemlji.
Na svom poslu, svakodnevno,
stvaram naučne dokaze protiv egzistencijalne usamnjenosti.
Kada smo dobili ove prve nizove DNK,
sa prvog krstarenja, čistih uzoraka duboko ispod površine,
želeli smo da znamo gde su bili.
Prva stvar koju smo otkrili je da nisu bili vanzemaljci,
jer smo njihovu DNK mogli da uskladimo sa svim drugim na Zemlji.
Ali sada vidite gde su oni na našem stablu života.
Prvo što ćete primetiti je da ih ima mnogo.
Nije samo jedna mala vrsta
uspela da preživi na ovom groznom mestu.
Zapravo je to mnogo stvari.
A druga stvar koju ćete primetiti,
nadam se, je da one nisu nalik ničemu što smo ranije videli.
Razlikuju se među sobom
koliko i od bilo čega što smo ranije znali,
koliko i mi od borova.
Tako da je Džon Parks bio potpuno u pravu.
On, i mi, smo otkrili potpuno novi i vrlo raznovrsni
mikrobiološki ekosistem na Zemlji
za koji niko nije ni znao da postoji pre 1980-ih.
Sada smo bili na dobrom putu.
Sledeći korak je bio da gajimo ove egzotične vrste u petrijevoj šolji
da bismo mogli da vršimo prave eksperimente
što bi mikrobiolozi i trebalo da rade.
Ali bez obzira na hranu,
odbijali su da rastu.
Čak i sada, 15 godina i mnogo ekspedicija kasnije,
nijedan čovek nije naveo nijedan od ovih egzotičnih dubokih podzemnih mikroba
da raste u petrijevoj šolji.
I to ne zbog nepokušavanja.
To može zvučati razočaravajuće,
ali ja to smatram uzbudljivim,
jer to znači da postoji toliko mučnih nepoznanica na kojima se može raditi.
Moje kolege i ja smo dobili ono što smo mislili da je zaista dobra ideja.
Hteli smo da čitamo njihove gene kao knjigu recepata,
otkrijemo šta žele da jedu i stavimo to u njihove petrijeve šolje,
i oni će rasti i biti srećni.
Ali kada smo pogledali njihove gene
ispostavilo se da je ono što su želeli da jedu bila hrana koju smo im već davali.
To je bio totalni poraz.
Postojalo je nešto drugo što su želeli u svojoj petrijevoj šolji
što im nismo davali.
Kombinovanjem merenja sa mnogo različitih mesta
širom sveta,
moje kolege sa Univerziteta Južne Kalifornije,
Dag Larou i Jan Amend,
su uspele da izračunaju da svaka od ovih dubinskih mikrobioloških ćelija
zahteva samo jedan zeptovat snage,
i pre nego što izvadite svoje telefone, zepto je 10 do -21,
jer znam da bih ja volela da vidim šta to znači.
Ljudi, s druge strane,
zahtevaju oko 100 vati snage.
100 vati je zapravo ako uzmete ananas
i ispustite ga sa visine pojasa na zemlju 881.632 puta na dan.
Da ste to uradili, a zatim ga povezali za turbinu,
to bi stvorilo dovoljno snage da preživim jedan dan.
Zeptovat je, jednostavno rečeno,
ako uzmete jedno zrno soli
a zatim zamislite sitnu, sitnu, malu loptu
koja je jedan hiljaditi deo mase tog zrna soli
a zatim ga ispustite jedan nanometar,
što je sto puta manje od dužine talasa vidljive svetlosti,
jednom dnevno.
To je sve što ove mikrobe drži živima.
To je manje energije nego što smo ikada mislili da može održati život,
ali je to nekako, zadivljujuće, predivno,
dovoljno.
Ako ovi dubinski podzemni mikrobi
imaju vrlo različit odnos sa energijom nego što smo prethodno mislili,
onda sledi da će oni morati da imaju
različit odnos i sa vremenom,
jer kada živite na tako malim energetskim gradijentima,
brzi rast je nemoguć.
Da su ove stvari želele da kolonizuju naša grla i razbole nas,
nadjačale bi ih brzorastuće streptokoke
pre nego što bi i započele deobu ćelija.
Zato ih nikada ne nalazimo u našim grlima.
Možda je činjenica da je duboko ispod površine tako dosadno
zapravo prednost za ove mikrobe.
Nikada ih ne zbriše oluja.
Nikada ne zarastu u korov.
Sve što moraju da rade je da postoje.
Možda ono što nam je nedostajalo u petrijevoj šolji
uopšte nije bila hrana.
Možda nije bila hemikalija.
Možda je ono što oni zaista žele,
hranljivi sastojak koji zaista žele, vreme.
Ali vreme je jedino što ja nikada neću moći da im dam.
Čak i da imam ćelijsku kulturu koju prenosim na svoje studente,
koji prenose na svoje studente, itd,
morali bismo to da radimo hiljadama godina
kako bismo oponašali iste uslove duboko ispod površine,
sve bez uzgajanja kontaminanata.
Jednostavno nije moguće.
Ali možda na način na koji smo ih već uzgajali u petrijevim šoljama.
Možda su gledali u svu tu hranu koju smo im nudili i rekli:
„Hvala, toliko ću ubrzati
da ću napraviti novu ćeliju sledećeg veka.
Ah“.
(Smeh)
Zbog čega se onda ostatak biologije kreće tako brzo?
Zašto ćelija umire nakon jednog dana,
a ljudsko biće umire nakon samo sto godina?
Ovo izgleda kao stvarno proizvoljno kratka granica
kada pomislite na ukupnu količinu vremena u univerzumu.
Ali ovo nisu proizvoljne granice.
Njih diktira jedna jednostavna stvar,
a ta stvar je Sunce.
Čim je život ukapirao kako da upotrebi sunčevu energiju
kroz fotosintezu,
svi smo morali da ubrzamo i uskočimo u cikluse dana i noći.
Na taj način nam je Sunce dalo i razlog da budemo brzi
i gorivo da to uradimo.
Većinu života na Zemlji možete posmatrati kao cirkulatorni sistem,
a Sunce je naše srce koje kuca.
Ali duboko podzemlje je kao cirkulatorni sistem
potpuno nepovezan sa Suncem.
Umesto toga je vođen dugim, sporim geološkim ritmovima.
Trenutno ne postoji teorijska granica životnog veka jedne ćelije.
Sve dok postoji bar mali energetski gradijent koji se može iskoristiti,
teoretski, ćelija bi mogla da živi
stotinama hiljada godina i više,
jednostavno vremenom zamenjujući pokvarene delove.
Pitati mikrob koji tako živi da raste u našoj petrijevoj šolji,
je pitati ih da se prilagode našem pomamnom, Sunčanom, brzom životu,
a možda oni imaju pametnija posla.
(Smeh)
Zamislite da možemo dokučiti kako su uspeli da to urade.
Šta ako to uključuje neke super, ultra stabilne smese
koje možemo koristiti da povećamo rok trajanja
u biomedicinske i industrijske svrhe?
Ili ako shvatimo mehanizme pomoću kojih
oni rastu tako izuzetno sporo,
mogli bismo da prenesemo to na ćelije raka i usporimo deobu ćelija.
Ne znam.
Mislim, iskreno, ovo je sve spekulacija,
ali jedino što zasigurno znam
je da postoji sto milijardi milijardi milijardi
živih mikrobioloških ćelija
ispod svih svetskih okeana.
To je 200 puta više nego ukupna biomasa svih ljudi na ovoj planeti.
A ti mikrobi imaju fundamentalno različit odnos
sa vremenom i energijom od nas.
Ono što njima izgleda kao jedan dan
za nas može biti hiljadu godina.
Oni ne mare za Sunce,
i nije ih briga da rastu brzo,
i verovatno ih boli uvo za moje petrijeve šolje...
(Smeh)
ali ako nastavimo da nalazimo kreativne načine da ih izučavamo,
onda ćemo možda shvatiti kakav je život, sav život, na Zemlji.
Hvala.
(Aplauz)
Tennessee Üniversitesi'nde okyanus mikrobiyologuyum
ve sizlere Dünya'daki yaşamın nasıl bir şey olduğu konusundaki
varsayımlarımıza meydan okuyan
çok tuhaf ve müthiş bazı mikroplardan bahsetmek istiyorum.
Bir sorum var.
Daha önce denizaltında okyanusun dibine gitmenin
havalı olacağını düşündüyseniz lütfen elinizi kaldırın.
Evet.
Birçoğunuz düşündü çünkü okyanuslar çok havalı yerler.
Peki, şimdi de okyanusun dibine
gitmek için elinizi kaldırmış olma nedeniniz bunun
sizi oradaki heyecan verici çamura bir adım daha
yaklaştıracak olmasıysa lütfen elinizi kaldırın.
(Gülüşmeler)
Hiç kimse.
Bu salondaki tek kişi benim.
Durmadan bunu düşünüyorum.
Uyanık olduğum saatlerin çoğunu
Dünya'nın ne kadar derinine inebileceğimizi
ve hâlâ canlı bir şey bulabileceğimizi saptamaya çalışarak geçiriyorum
çünkü Dünya üzerindeki yaşamla ilgili bu çok temel sorunun cevabını
hâlâ bilmiyoruz.
1980'lerde Birleşik Krallık'ta John Parkes isimli bir bilim insanı
benzer şekilde buna takmıştı
ve çılgın bir fikirle çıkageldi.
Dünyanın bütün okyanuslarının altında deniz tabanına yüzlerce metre yayılan,
uçsuz bucaksız, derin ve canlı
mikrobiyal bir biyosfer olduğuna inanıyordu,
ki bu müthiş,
ama sorun şu ki kimse ona inanmadı
ve kimsenin ona inanmamış olmasının nedeni
okyanus sedimentlerinin Dünya'daki belki de en sıkıcı yer olmasıydı.
(Gülüşmeler)
Güneş ışığı yok, oksijen yok
ve belki de en kötüsü,
abartısız milyonlarca yıldır taze besin temini yok.
Buranın yaşam aramak için kötü bir yer
olduğunu anlamak için biyolojide doktora yapmanıza gerek yok.
(Gülüşmeler)
John, 2002'de JOIDES Resolution isimli
bu sondaj gemisinde bir sefer yaptığı ve bir şey keşfettiği konusunda
yeterince insanı ikna etti.
Bunu Danimarka'dan Bo Barker Jørgensen ile birlikte yürüttü.
Sonunda bazıları yüzey mikropları
tarafından kirletilmemiş, el değmemiş
derin yüzeyaltı numuneleri toplayabildiler.
Bu sondaj gemisi okyanusun binlerce metre altını delebiliyor
ve çamur birbiri ardına sıralı karotlar halinde çıkıyor.
Şuna benzeyen uzun mu uzun karotlar.
Benim gibi bu gemilere giden bilim insanları tarafından taşınıyor
ve bu karotları gemide işliyoruz, ardından ileri tetkik için
ülkemizdeki laboratuvarlara gönderiyoruz.
John ve meslektaşları
bu değerli el değmemiş ilk derin deniz numunelerini aldıklarında
onları mikroskobun altına koydular
ve hemen hemen buna benzer görüntüler gördüler.
Bu, doktora öğrencim Joy Buongiorno tarafından
yakın zamanda yapılan bir seferde çekildi.
Arkadaki bulanık şeyi görebilirsiniz.
Bu derin okyanus çamuru
ve yeşil floresan boyasıyla renklendirilen parlak yeşil noktalar ise
gerçek, canlı mikroplar.
Şimdi size mikroplarla ilgili üzücü bir şey söylemek zorundayım.
Mikroskop altında hepsi aynı görünüyor.
Yani ilk bakışta.
Dünyadaki en büyüleyici organizmaları ele alabilirsiniz.
Mesela uranyum soluyan bir mikrobu
ve roket yakıtı yapan bir mikrobu alın,
biraz okyanus çamuruyla karıştırın,
mikroskobun altına koyun,
yalnızca küçük noktalar olarak görünürler.
Cidden sinir bozucu.
Onları ayırt etmek için görünüşlerini kullanamayız.
Kimin kim olduğunu söylemek için
DNA'yı kullanmamız gerek.
Şimdi size bunun nasıl yapıldığını öğreteceğim.
Bazı veriler uydurdum ve size gerçek olmayan birkaç veri göstereceğim.
Bir grup tür birbiriyle hiç akraba olmasaydı
ne olacağını örneklemek için.
Görüyorsunuz, her türün
A, G, C ve T kombinasyonları var,
bunlar DNA'nın dört alt birimi.
Rastgele karıştırılmış, hiçbir şeye benzemiyor
ve bu türler birbirleriyle tamamen alakasız.
Ancak gerçek DNA buna benziyor,
bu türlerin paylaştığı bir genden yola çıkarsak.
Her şey neredeyse kusursuz şekilde sıralı.
Her türün gelişigüzel olarak C'ye sahip olduğu
ya da T'ye sahip olduğu bu dikey sütunlardan daha fazla elde etme
şansı son derece düşük.
Tüm bu türlerin ortak bir ataya sahip olmuş olması gerektiğini biliyoruz.
Hepsi birbiriyle akraba.
Şimdi size kim olduklarını söyleyeceğim.
Üstteki ikisi biz ve şempanzeler,
ki akraba olduğumuzu hepiniz biliyordunuz zaten, heralde yani.
(Gülüşmeler)
Benzemediğimiz şeylerle de akrabayız,
mesela çam ağaçlarıyla ve yürüyüş yaparken suyunuzu arıtmazsanız
kapabileceğiniz gastrointestinal hastalık olan Giardia ile.
E. coli ve birçok insanı öldüren korkunç, fırsatçı patojen
Clostridium difficile bakterisiyle de akrabayız.
Endüstriyel atıklarımızı bizim yerimize temizleyen Dehalococcoides ethenogenes
gibi iyi mikroplar da var tabii ki.
Eğer bu DNA dizilimlerini alır
ve kimin yakın akraba olduğunu görebilin diye aile ağacımızı
oluşturmak için aralarındaki benzerlikleri
ve farklılıkları kullanırsam
ortaya şuna benzer bir şey çıkar.
Açıkça görüyorsunuz, ilk bakışta
biz, Giardia, tavşanlar ve çam ağaçları
tıpkı kardeş gibi
ve bakteriler ise eski kuzenlerimiz gibi.
Ancak Dünya üzerinde yaşayan her canlı şeyle akrabayız.
O yüzden mesleğimde her gün
varoluşsal yalnızlığa karşı bilimsel kanıt üretmem gerekiyor.
Bu el değmemiş numunelerin
ilk DNA dizilimlerini derin yüzeyaltından çıkardığımızda
nerede olduklarını bilmek istedik.
İlk bulduğumuz şey dünya dışı olmadıklarıydı
çünkü DNA'larını Dünya üzerindeki her şeyle eşleştirebildik.
Ama bakın bakalım hayat ağacımızda neredeler.
İlk fark edeceğiniz şey onlardan bir sürü olduğu.
Bu berbat yerde
yaşamaya çalışan bir tür değilmiş.
Onlardan epeyce var.
İkinci fark edeceğiniz şey ise
daha önce görmüş olduğumuz hiçbir şeye benzemedikleri.
Daha önce bildiğimiz herhangi bir şeyden,
bizim çam ağacından farklı olduğumuz kadar
birbirlerinden farklılar.
John Parkes tamamen haklıydı.
O ve biz, Dünya üzerinde 1980'lerden önce kimsenin varolduğunu bilmediği
tamamen yeni ve oldukça çeşitli
bir mikrobiyal ekosistem keşfettik.
Şanslı günümüzdeydik.
Bir sonraki adım bu egzotik türü petri kabında büyütmekti,
böylece mikrobiyologların yapması gerektiği gibi
üzerlerinde gerçek deneyler yapabilecektik.
Onları neyle beslersek besleyelim
büyümeyi reddettiler.
15 yıl ve birçok seferin ardından, şu an bile
hiçbir insan bu egzotik derin yüzayaltı mikroplarının bir tanesini alıp
petri kabında büyütmedi.
Deneme eksikliğinden değil.
Kulağa heves kırıcı gelebilir
ama ben bunu keyif verici buluyorum
çünkü bu, üzerinde çalışılacak boşa umut veren birçok bilinmeyen var demek.
Mesela meslektaşlarım ve ben cidden harika bir fikir bulduk.
Genlerini yemek tarifi kitabı gibi okuyacak,
ne yemek istediklerini bulacak ve petri kaplarına koyacaktık
ve sonra büyüyüp mutlu olacaklardı.
Ama genlerine baktığımızda
yemek istedikleri şeyin hâlihazırda onları besliyor olduğumuz şey olduğunu anladık.
Yani tam bir başarısızlıktı.
Onlara vermediğimiz ve petri kaplarına koymamızı istedikleri
bir şey vardı.
Dünyanın birçok farklı yerindeki ölçüleri
bir araya getiren
Güney Kaliforniya Üniversitesi'nden meslektaşlarım
Doug LaRowe ve Jan Amend,
bu derin deniz mikrobiyal hücrelerinin sadece bir zeptowatt enerjiye
gereksinim duyduğunu hesaplayabildi.
Siz telefonlarınızı çıkarmadan söyleyeyim, 10 ila eksi 21 arası 1 zeptodur,
buna bakmak isteyeceğimi biliyordum.
Diğer yandan, insanlar
100 watt enerjiye gereksinim duyuyor.
Bir ananası alıp bel hizasından yere
günde 881.632 kez düşürürseniz 100 watt olur.
Bunu yapıp onu bir türbine bağladıysanız
bana bir gün yetecek enerjiyi üretecektir.
Benzer kavramlarla açıklarsak, günde bir kez
bir tuz tanesini alıp
o tuz tanesinin kütlesinin binde biri kadar küçük bir top hayal ederseniz
ve görünür ışığın dalgaboyundan
yüz kat daha küçük olan
bir nanometreye düşürürseniz
1 zeptowatt olur.
Bu mikropları yaşatmaya yetiyor.
Yaşamı desteklemeye yetebileceğini düşündüğümüz enerjiden daha az
ama şaşırtıcı ve güzel bir şekilde
bu yeterli geliyor.
Eğer bu derin yüzeyaltı mikroplarının
enerjiyle olan ilişkisi daha önce düşündüğümüzden farklıysa
anlaşıldığı üzere zamanla da
farklı bir ilişkiye sahip olmaları gerekiyor
çünkü böylesine küçük enerji gradyanlarında yaşadığınızda
hızlı büyüme imkansız.
Eğer bu şeyler boğazımızı kolonize edip bizi hasta etmek isteseydi,
hücre bölünmesini bile başlatamadan hızlı büyüyen
streptokoklar tarafından dışarı atılırlardı.
Bu nedenle asla boğazımızda bulunmazlar.
Belki de derin yüzeyaltının çok sıkıcı olması
aslında bu mikroplar için bir avantajdır.
Asla bir fırtına tarafından süpürülmezler.
Asla su yosunlarıyla kaplanmazlar.
Yapmaları gereken tek şey var olmak.
Belki petri kaplarımızda eksik olan o şey
yemek falan değildi.
Belki bir kimyasal değildi.
Belki de gerçekten istedikleri şey,
istedikleri besin zamandır.
Ancak zaman onlara asla veremeyeceğim tek şey.
Doktora öğrencilerime aktardığım, onların doktora öğrencilerine
aktardığı falan bir hücre kültürüm olsaydı bile
derin yüzeyaltı koşullarını aynen taklit etmek için
bunu binlerce yıl hiçbir kirletici yetiştirmeden
yapmak zorunda kalırdık.
Bu mümkün değil.
Belki de bir bakıma petri kaplarımızda büyütmüşüzdür.
Belki onlara verdiğimiz bütün yiyeceklere baktılar ve
"Teşekkürler, o kadar hızlanacağım ki
gelecek yüzyıla yeni hücre yapacağım," dediler.
Öf.
(Gülüşmeler)
Peki biyolojinin geri kalanı neden çok hızlı hareket ediyor?
Neden bir hücre bir gün sonra ölürken
insan yüz yıl sonra ölüyor?
Evrendeki zamanın toplam miktarını düşündüğünüzde
bunlar öylesine kısa süreler gibi geliyor.
Ama öylesine süreler değiller.
Bunlar tek bir şey tarafından belirleniyor
ve o şey Güneş.
Yaşam, Güneş'in enerjisinden fotosentez yoluyla
yararlanmayı çözdüğünde
hızlanmak ve gündüz-gece döngüsüne ayak uydurmak zorunda kaldık.
Bu şekilde, Güneş bize hızlı olmak için bir neden ve bunu yapmak için
enerji verdi.
Dünya üzerindeki yaşamın çoğunu dolaşım sistemi olarak görebilirsiniz
ve Güneş bizim atan kalbimiz.
Ancak derin yüzeyaltı Güneş'ten tamamen kopmuş
bir dolaşım sistemi gibi.
Bunun yerine uzun ve yavaş jeolojik ritimlerle yönetiliyor.
Şu an için tek bir hücrenin ömrü hakkında teorik bir süre yok.
Yararlanılacak en azından küçücük bir enerji gradyanı oldukça
bir hücre teorik olarak
zamanla bozulmuş parçalarını yenileyerek
yüzlerce, binlerce ya da daha uzun yıllar yaşayabilir.
Böyle yaşayan bir mikroptan petri kaplarımızda büyümesini istemek
bizim çılgın, Güneş merkezli hızlı yaşam şeklimize uyum sağlamasını istemek gibi
ve belki de yapacak daha iyi işleri vardır.
(Gülüşmeler)
Bunu yapmayı nasıl başardıklarını anlayabildiğimizi hayal edin.
Ya biyomedikal ve endüstriyel uygulamalarda raf ömrünü
uzatmak için kullanabileceğimiz çok dayanıklı
bazı bileşimleri içeriyorsa?
Ya da belki böylesine sıradışı bir şekilde yavaş büyümek için
kullandıkları mekanizmayı anlarsak
bunu kanser hücrelerinde kullanıp hücre bölünmesini yavaşlatabiliriz.
Bilemiyorum.
Yani, dürüst olmak gerekirse hepsi spekülasyon
ama kesin olarak bildiğim tek şey
tüm dünyanın okyanuslarının altında yatan
yüz milyar kere milyar kere milyar
sayıda canlı mikrobiyal hücre var.
Bu sayı, gezegendeki insanların biyokütlesinin toplamının 200 katı.
Bu mikropların zaman ve enerjiyle olan ilişkisi
bizimkinden tamamen farklı.
Onlara bir gün gibi gelen zaman
bizim için bin yıl olabilir.
Güneş umurlarında değil,
hızlı büyümek umurlarında değil
ve muhtemelen petri kaplarımı iplemiyorlar
(Gülüşmeler)
ama onları incelemenin yaratıcı yollarını bulmaya devam edebilirsek
belki Dünya üzerindeki yaşamın nasıl bir şey olduğunu nihayet anlayabileceğiz.
Teşekkürler.
(Alkış)
我是田纳西大学的 一位海洋微生物科学家，
我想告诉大家，有一些微生物
非常的奇特与美妙，
它们挑战着 我们对地球上生命的认知。
我想问大家一个问题。
如果你曾经觉得坐潜水艇去海底
很酷的话，请举起你的手。
很好。
大部分人都举了手， 因为海洋真的很酷！
好的，那如果
你想去海底的原因是 这会让你更加接近
海底令人激动人心的泥，
请举起你的手。
(笑声)
没人啊！
我是这个屋子里的唯一一个。
好的，我总是在想，
我每天醒来后的大部分时间
都花在决定我们可以 探入地球多深这件事上，
并且还会发现有一些活着的生命，
因为我们还是不知道 关于地球上的生命这个
最基本问题的答案。
在上世纪80年代，一位叫做 约翰·派克斯的英国科学家，
也同样沉迷于这个问题，
他想出了一个疯狂的点子。
他相信在全世界的海洋底部 都有一个巨大，深邃，生机勃勃的
微生物圈，
深入海床达几百米，
听起来很酷，
可是唯一的问题是，没人相信他，
而其背后的原因是
海洋的沉积处可能是 地球上最枯燥乏味的地方了。
（笑声）
那里没有阳光，没有氧气，
可能最坏的情况是，
那里没有新鲜的食物供给 已经持续长达几百万年。
你不需要一个生物学博士学位
就会知道那里不是一个 寻找生命的好地方。
（笑声）
但是在2002年， 约翰说服了足够多的人
相信他会有新发现， 于是他得到了一个在一艘叫做
乔伊斯决心号的 钻探船上考察的机会。
他和来自丹麦的波巴克·约金森 一同进行了那次考察。
他们终于可以拿到
真正的深海下表层的样本，
没有接触到任何 表层微生物的污染。
这艘钻探船可以钻进海底几千米，
泥被储存在一个接一个的 管子里按顺序被打上来，
就像这样长长的管子。
然后由像我这样 在船上的科学家拿着，
在船上处理重要的部分， 然后把它们送回
实验室，再进行更深入的研究。
当约翰和他的同事们
初次拿到了这些宝贵， 新鲜干净的深海样本时，
他们把样本放在了显微镜下，
并看到了像这样的图片，
这其实是最近一次考察拿来的样本，
数据来自我的博士学生， Joy Buongiorno。
你们可以看到背景有些雾蒙蒙的东西。
那是泥，深海泥，
亮亮的绿点，被绿色荧光染色的
是真的，活着的微生物。
现在我需要告诉你们 微生物真正悲剧的地方。
它们在显微镜下看起来都一样。
我是说，初次预测的时候。
你可以拿着世界上 最迷人的有机组织，
比如说一个可以呼吸铀的微生物，
和一个可以产生火箭燃料的微生物，
把它们和一些深海泥混在一起，
然后把它们放在显微镜下观察。
它们只会是一个个小点点，
很让人抓狂。
所以我们不能通过 它们的样子来辨别它们。
我们需要用DNA, 像指纹一样
来分清谁是谁。
我现在来教你们怎么做。
我编了一些数据， 我要给大家展示这些模拟数据。
只是为了展示如果 一群物种彼此之间毫无联系，
数据看起来应该是什么样子。
你可以看到每个物种
有一系列由A, G, C, T组成的组合，
这些是DNA的四个碱基对，
几乎是随机地乱成一团， 彼此看起来毫无相似之处，
这些物种彼此之间毫无关联。
但这是真正的DNA，
这些物种共享的基因。
所有碱基都完美的排列着。
得到这些竖着的列的概率
比如每个物种在这列都有个c， 或者在这列都有个t的
随机概率是无穷小的。
我们了解到所有的物种 是需要有一个共同的祖先的。
它们彼此都是亲戚。
现在我来告诉大家它们到底是谁。
最上边的两个是人类和大猩猩，
我们都知道了这两个物种 是有关联的，这很明显吧。
(笑声)
但是我们也和很多跟我们 不相像的物种有联系，
比如，松树、贾第虫， 一种肠胃疾病，
如果你徒步时在山上喝了没有经过 过滤的水的话，可能会得这种病。
我们与大肠杆菌和 艰难梭菌也有联系，
艰难梭菌是一种特别不好的 爱钻空子的病原体，杀死了很多的人。
但也有很多对我们有益的微生物， 比如产乙烯脱卤拟球菌，
它们可以帮助我们清洁工业废物。
如果我用这些DNA序列，
用它们的相同和不同之处
做一个家谱的话，
你可以看到谁跟谁联系更紧密，
它们看起来是这样的。
你可以清楚的看出来，
我们人类和贾第虫，兔子，还有松树
都像是亲兄弟姐妹，
细菌则像我们的远古表亲。
但我们跟地球上的 生物都有亲戚关系。
我每天的工作就是，
提供科学证据来 反驳我们是孤独存在着的物种。
所以当我们在第一艘钻探船上拿到
深海底部样品的第一个DNA序列时，
我们想知道它们位于 这个家谱上的什么位置。
我们发现的第一件事是， 它们不是外星人，
它们的DNA可以跟地球上的 其他生物排在一起。
但是看它们在这个家谱上的位置。
你们首先会注意到的是， 它们有很多种类，
不是一个小小的物种
存活在恶劣的环境下。
而是很多东西并存。
你们也许会注意到的第二点就是，
它们与我们之前见过的 东西一点儿都不像。
它们彼此也大不相同，
就像和我们已知的物种很不同一样，
就像我们跟松树的不同。
所以约翰·帕克思是完全正确的。
他，和我们，发现了一个 崭新并高度多样化的
地球微生物圈，
而在80年代以前没人知道它的存在。
现在我们手气正旺，
下一步是在培养基上 培养这些奇异的物种，
这样就可以用它们 做真正的科学实验，
做微生物学家该做的工作。
可是不管我们喂给它们什么，
它们都不成长。
甚至在15年后的现在， 经历了许多科学考察之后。
仍然没有人可以让 那些来自深海的微生物
在培养基上长大。
这不是因为缺乏尝试。
这也许听起来很令人失望，
但我却觉得这令人振奋，
因为这意味着有许许多多 未知有待发掘。
比如，我和同事 想出了一个特别好的点子。
我们打算像读菜谱一样 读取它们的基因，
发现它们想吃什么， 然后放在培养基上，
这样它们就会快乐地长大。
但是当我们检查它们基因的时候，
发现它们想吃的食物 我们已经在喂了。
所以那个点子就废了。
就是说，在培养基上， 它们想要的其他东西
我们并没有提供。
把从世界不同地方的测量数据
结合到一起时，
我在南加州大学的同事们
Doug LaRowe和Jan Amend，
成功计算出了每个深海微生物
只需要一仄普托（zepto）瓦的能量，
别忙着掏手机， 一个仄普托是10的负21次方。
要是我肯定是会查一下的。
另一方面，人类
需要100瓦的能量。
100瓦是你拿一个菠萝，
然后每天从你腰部那么高的地方 丢到地上88万1632次。
如果你连上一个涡轮 这么做了的话，
你就可以创造足够支撑我 一整天的能量。
一仄普托瓦，用一个类似的比较，
如果你拿一粒盐做参照物，
然后你想象一个很小很小很小的球，
大约是一粒盐重量的1/1000，
然后你把它丢下1纳米的高度，
一纳米大约是 可见光波长的1/100的长度，
每天丢一次。
这就是这些微生物存活需要的能量。
比我们之前想的 可以支撑生命的能量要少很多，
但是让人惊讶，却十分美妙的是，
这就够了。
如果这些海洋底部下的微生物
跟能量之间有一个与我们之前 假设的不一样的关系，
那么接下来就是它们需要
与时间之间也有不同的关系，
因为如果你靠着 这么微小的能量生活，
快速成长是不可能的。
如果这些微生物想占领我们的喉咙 然后让我们生病，
它们会在第一次分裂发生前
被快速繁殖的链球菌踢出局。
所以我们不会在喉咙里找到它们。
也许深海的下表层 极度无聊的环境
其实是对这些微生物 来说是一种财富。
它们不会被一场风暴冲刷走。
它们不会被海草覆盖。
它们要做的就是存在着。
也许我们在培养基上缺少的
根本不是食物。
也许都不是任何化学物质。
也许它们真正想要的，
它们想要的营养是，时间。
但是时间是唯一 我没法给它们的东西。
即使我有一个细胞群可以 传给我的博士生，
然后他们会传给他们的 博士生，如此延续，
都需要传上个几千年
才能模仿出深海的环境，
这还是在无任何污染的情况下。
这是完全不可能做到的。
但也许我们已经在我们的 培养基上繁殖它们了。
也许它们看看我们给的食物说，
“谢谢，我决定加速繁殖，
要在下个世纪分裂一个新细胞。”
唉.....
(笑声)
那为什么其他的生物动作那么快？
为什么一个细胞一天就死亡了，
一个人在一百年后就会死亡？
当你想到宇宙中的时间总和，
这些看起来就都是 很短的随机限制了。
但这些并不是毫无规律的限制。
它们被一个东西主宰着，
那就是太阳。
当生命弄清怎么通过光合作用
从太阳获取能量，
我们不得不加速， 然后适应白日黑夜的轮回。
在这个意义上，太阳给了 我们一个加速的理由，
也给了我们加速的原料。
你可以把地球上大多数生命 看成一个循环系统，
太阳就是我们跳动着的心脏。
而深海下表层也像一个 与太阳完全隔离的
循环系统。
它的演变在被漫长的地质韵律驱使。
一个单细胞的生命长度 目前还没有理论上的限制。
只要有一丁点儿的能量可以用，
理论上讲，一个细胞可以存活
几十万年甚至更久，
必要时换掉坏的部件就可以了。
让一个微生物在我们的培养皿中 那样存活，就等于是在
要求它们来适应我们疯狂的 以太阳为中心的快速生活方式，
也许它们有其他 更重要的事情要做呢。
(笑声)
想象一下，如果我们可以 弄清它们怎么做到的。
如果这其中包含着某些 特别酷，特别稳定的化合物
可以被利用来提高生物医药产品和
工业产品的有效期，会怎么样？
或许我们可以研究出它们之所以可以
成长得如此缓慢的机制，
那我们就可以在癌细胞中 模拟这个机制，从而减缓癌细胞的分裂。
我也不知道。
那些都只是我的猜测，
但是我唯一可以确定的是，
有着数目无法估量的
活着的微生物细胞
待在全世界海洋的底部。
相当于地球上全部人类生物质 总和的200多倍。
从本质上说，比起人类， 那些微生物与时间和能量
有着不同的关系。
它们世界中的一天
可能对我们而言像是几千年。
它们才不管太阳呢，
也不屑于快速的繁殖，
它们可能也不在意 呆在我的培养皿里...
（笑声）
但是如果我们继续去 发现新的方法来研究它们，
那么也许我们最终可以 搞清楚地球上全部的生命。
谢谢大家。
（鼓掌）
我是田納西大學的海洋微生物學家，
我想和各位談的是一些微生物，
它們很奇特且美妙，
它們甚至在挑戰我們對於 地球上生命的相關假設。
問大家一個問題。
若你曾想過搭潛水艇到海底深處
是一件很酷的事，請舉手。
好。
大部分人都舉手，因為海洋很酷。
好，現在請再次舉手，
若你想要去海底的理由是因為
那樣你就能稍微更接近
海洋底部那令人興奮的泥巴。
（笑聲）
沒有人舉手。
我是在場唯一的一個。
其實，我常常在想這件事。
我大部分醒著的時間，
都在研究，我們能 潛入地球多深的地方，
還能發現生物，發現任何生命體。
這是個關於地球上生命的基本問題，
但我們仍然不知道答案。
在 1980 年代，有一個英國 科學家叫做約翰帕克斯，
和我有類似的著迷，
他想出了一個瘋狂的點子。
他相信，有一個巨大、深層， 且活生生的微生物圈，
在全世界海洋的底下，
深入海底數百公尺。
這想法很酷，
唯一的問題是，沒有人相信他，
而沒有人相信他的原因，
是因為海洋沉積可能是 地球上最無聊的地方了。
（笑聲）
那裡沒有陽光、沒有氧氣，
最糟糕的可能是
數百萬年來那裡沒有新鮮食物外送。
你不用有生物學博士學位，
也能知道如果要尋找生命， 那地方不是個好選擇。
（笑聲）
但在 2002 年， 約翰說服了足夠的人，
相信他可能會有所發現，
讓他真的搭上「聯合果敢號」 這艘鑽探船展開考察。
與他同行的是丹麥的波巴克尤根森。
終於，他們得以取得
地表下的深層優質原始樣本，
沒有受到表面微生物的污染。
這艘鑽探船能夠鑽到 海底下數千公尺的深度，
而泥土核依序從芯管被取出來，
像這樣非常長的芯管。
登船拿著芯管的科學家們，包括我，
我們會在船上處理泥土核， 然後把它們送回去
家鄉的實驗室做進一步研究。
所以當約翰和他的同事
拿到第一批珍貴的深海原始樣本，
他們把樣本放到顯微鏡下，
他們看到的影像就像是這樣，
這張圖其實是來自 更近期的一次考察，
由我的博士生喬依邦吉歐諾進行的。
你們可以看到背景有模糊的東西。
那就是泥土，深海的泥土；
而帶著綠色螢光的亮綠點
是真正的活微生物。
我要告訴各位一件 關於微生物的悲劇。
在顯微鏡下，它們看起來都一樣，
至少大致上是一樣的。
你可以拿世界上最炫的有機體，
比如能呼吸鈾的微生物，
再找個製造火箭燃料的微生物，
把它們和一些海洋泥土混合，
放到顯微鏡下，
看到的就只是小點點。
這真的很惱人。
所以我們無法從 它們的外觀來區分它們。
我們得用 DNA，就像指紋，
來判斷誰是誰。
我現在就可以教各位怎麼做。
我捏造了一些資料， 等一下看的到資料不是真實的。
這是用來說明，如果一些物種
彼此之間完全沒有關係， 看起來會是什麼樣子。
所以，你們可以看到，每個物種
都能列出其 A、G、C、T 的組合，
它們是 DNA 的四個子單位，
有點算是隨機混雜在一起， 看起來都不一樣，
這些物種彼此之間完全沒關聯。
但真正的 DNA 看起來是這樣的，
來自那些物種剛好共有的基因。
一切的排列幾乎完美。
要有這麼多直行的機率，
對有個 C 的每種物種， 或有個 T 的每種物種，
在隨機的狀況下，是無限小的。
所以我們知道，所有這些 物種一定有個共同的祖先。
它們彼此都是親戚。
現在，我要告訴各位它們是誰。
前兩種，是人類以及黑猩猩，
你們都知道兩者有關聯， 因為…應該很明顯吧。
（笑聲）
但我們也和外表 不相似的物種有關聯。
比如松樹和賈第鞭毛蟲， 它就是如果你去健行時若喝下
未過濾的水，就會 得到的那種胃腸病。
我們也和細菌有關，比如 大腸桿菌和艱難梭狀芽孢杆菌，
它是種會趁虛而入的 恐怖病原體，很致命。
當然，也有好的微生物， 像是當脫氯菌，
它能幫我們清除工業廢物。
如果我拿這些 DNA 序列，
然後使用它們，用它們 之間的相似和差異，
來為大家做個家譜樹狀圖，
可以清楚看見相近的關聯性，
結果就會像這樣子。
你第一眼就可以清楚看到，
我們、賈第鞭毛蟲、 兔子，以及松樹等等，
都像是手足，
而細菌則是我們古老的表親。
但我們和地球上的 所有生物都是親戚。
所以，我每天的工作，
就是要製造出科學證據 來駁斥存在性的孤獨。
所以當我們拿到第一批 DNA 序列，
來自第一次航行時從地表下 很深的地方取得的原始樣本，
我們想要知道它們之前在哪裡。
所以，我們最先的發現的是： 它們不是外星人，
因為我們能將它們的 DNA 和地球上所有其他物種排列對齊。
但，現在看看它們在 我們的生命之樹上的走向。
你最先會注意到的， 是它們的數量很多。
並不只有一個小物種
能夠在這個糟透的地方生存。
其實有很多東西。
你會注意到的第二件事，
我希望你們注意到了，就是它們 和我們以前見過的物種都不一樣。
它們彼此之間的差異程度，
就如同它們和我們過去 所知之所有物種的差異程度，
如同我們和松樹的差異。
所以，約翰帕克斯完全正確。
他和我們發現地球上有個全新
極多樣化的微生物生態系統，
在 1980 年代之前全然不為人知。
我們現在好運連連。
下一步是要在培養皿中 繁殖這些奇特的物種，
讓我們用來做真正的實驗，
微生物學家應該做的那些實驗。
但，不論我們餵它們什麼，
它們都不肯繁殖。
即使現在，十五年後， 且已經經過許多次考察，
仍然沒有人能夠讓任何一種 從海底表下深處取得的微生物
在培養皿中成長。
且那並非因為缺乏嘗試。
這可能聽起來讓人失望，
但我卻覺得很振奮，
因為那表示有好多誘人的 未知事物等待研究。
比如，我和我同事 想出了一個很好的點子。
我們要把它們的基因 當作烹飪書來讀，
找出它們想要吃什麼， 把那東西放到培養皿中，
接著它們就會快樂繁殖。
但我們去看它們的基因時，
發現它們想要吃的食物就是 我們之前餵食過的食物。
完全是白工一場。
在培養皿中，它們 還想要其他的東西，
是我們還沒給它們的。
所以，我們把來自世界上 不同地方的測量值結合起來，
我在南加州大學的同事，
道格拉洛和楊艾曼，
可以計算出，每一個深海微生物細胞
只需要 1 zepto 瓦的能量，
不用拿手機查了，1 zepto 就是10 的負 21 次方，
換作我是你們，我也會想查。
另一方面，
人類需要 100 瓦的能量。
基本上，100 瓦的 能量就是拿個鳳梨，
每天把它從腰部的高度 丟下去 881,632 次。
如果你那樣做，並和渦輪做連結，
就會創造出足夠的 能量讓我能夠活一天。
如果用類似的方式 說明 1 zepto 瓦，
就是拿一粒鹽巴，
接著，想像非常非常小的球狀體，
質量只有一粒鹽巴的千分之一，
然後把它從一奈米的高度丟下，
一奈米比可見光波長還要小一百倍，
一天丟一次。
只要這樣，就能讓微生物活著。
我們從來沒有想過這麼少的 能量也能夠維持生命，
但，不知以什麼方式， 很神奇，也很美妙，
它就是足以維生。
所以，如果這些深海微生物
和能量之間的關係和 我們先前所想的很不一樣，
那就表示，它們一定也會
和時間有不一樣的關係，
因為當你生活中的 能量梯度那麼小的時候，
不可能會快速成長。
如果這些東西想要在我們的 喉嚨中殖民，讓我們生病，
它們在開始做細胞分裂之前，
就會被快速成長的鏈球菌趕出去了。
那就是為何我們從未 在喉嚨中找到它們。
也許，雖然表面下的 深層地區很無聊，
對這些微生物而言卻是一項資產。
它們永遠不會被暴風雨沖走。
不會被過分茂密的雜草給抑制。
它們只需要做一件事：存在。
也許，我們的培養皿中缺少的東西，
根本不是食物。
也許不是化學物質。
也許它們真正想要的東西，
它們想要的營養物，是時間。
但，時間是我永遠不可能 給予它們的東西。
即使我把我的細胞培養 傳給我的博士生，
他們再傳給他們的 博士生，以此類推，
我們得要持續傳數千年，
才有可能精確模仿 地面下深處的條件，
而不繁殖任何污染物。
這是不可能的。
但，也許，我們已經以某種方式 在培養皿中繁殖它們了。
也許它們看著我們 提供的各種食物，並說：
「謝謝，我能夠加速成長，
快到在下世紀就能做出一個新細胞。
呃。
（笑聲）
所以，為什麼其他的 生物都進行那麼快？
為什麼細胞在一天後就會死亡，
一個人僅在一百年後就會死亡？
這些時限是非常短的，
相對於宇宙的所有時間而言。
但它們並非隨意的時限。
它們受到一樣很單純的東西所支配，
那就是太陽。
一旦生命搞懂了要 如何透過光合作用利用
太陽的能量，
我們都得要加速， 開始過日夜循環的日子。
就這方面來說，太陽 給了我們加速的理由，
以及加速需要的燃料。
你可以把地球上大部分的 生命視為是循環系統，
而太陽就是在跳動的心臟。
但在地表下的深處，這個循環系統
完全和太陽沒有連結。
取而代之，驅動它的 是又長又慢的地理節奏。
目前，在理論上，單一細胞的 壽命長度是沒有極限的。
只要還有一絲絲的能量可以利用，
在理論上，單一細胞就能
再活數億年甚至更久，
只要隨著時間把壞掉的 部分換掉即可。
要讓那樣子生活的微生物， 在我們的培養皿中成長，
就等於是在要求它們適應我們
這種以太陽為中心 且快速瘋狂的生活方式，
也許它們有別的更想做的事。
（笑聲）
想像一下，如果我們能夠 研究出它們如何辦到的。
如果它們是利用某種 超穩定複合物，
而若我們能將之用於 生物醫學或工業產業
延長保存期限，這樣會如何呢？
或者，假若我們能找出 它們使用的超慢速成長機制，
我們就能仿照這機制 來減慢癌細胞的分裂速度。
我不知道。
老實說，這些都是猜測，
但我知道有一件事是肯定的，
有 10 的 29 次方個 活生生的微生物細胞
在全世界的海洋底下。
那是地球上人類 生物質總量的兩百倍。
且那些微生物與時間及能量的關係，
跟我們有本質上的不同。
對它們而言是一天的時間，
對我們而言可能就是一千年。
它們不在乎太陽，
它們也不在乎要快速成長，
很可能它們也不在乎我的培養皿。
（笑聲）
但，如果我們能繼續尋找 有創意的方式來研究它們，
也許最終我們會能了解 在地球上所有生命的樣貌。
謝謝。
（掌聲）