Hogyan segíthetik az embereket a rejtélyes föld alatti mikroorganizmusok?

A föld alattunk rejtelmes mikroorganizmusok egész birodalmának ad otthont - néhányuk már több százezer éve rejtőzik a földkéregben. Milyen odalent az élet? Utazzunk el a Costa Rica-i vulkánokhoz és termálforrásokhoz Karen Lloyd mikrobiológus vezetésével, aki bemutatja e föld alatti élőlények világát, és hogy milyen jelentős hatással lehetnek az életünkre itt a felszínen.

Úgy tűnik, szilárd talajon állunk,

de nem.

Alattunk a talaj és a kőzetek
tele vannak apró repedésekkel

és üregekkel.

Az üregekben pedig elképesztően
sok mikroorganizmus él,

mint például ezek is.

A legmélyebb pont, ahol a felszín alatt
eddig mikrobákat találtunk,

öt kilométer volt.

Azaz ha lefelé,

a föld belseje felé kezdenénk szaladni,

öt kilométeren át mikrobák
szegélyeznék az utunk.

Lehet, hogy még sosem gondoltak
azokra a mikrobákra,

melyek mélyen a földkéregben élnek,

a beleikben lakókra
viszont valószínűleg igen.

Ha összeadnánk

a világon élő összes ember és állat
beleiben található mikrobát,

az összesen kb. 100 000 tonna lenne.

Hatalmas mennyiségű élőlényt cipelünk
tehát minden nap a pocakunkban.

Legyünk büszkék erre!

(Nevetés)

De mindez eltörpül azon
mikrobák tömege mellett,

melyek a Föld felszínén élnek:

például a talajban,
folyókban és óceánokban.

Ezek összesen két milliárd tonnát nyomnak.

De mint kiderült,
a földi mikroorganizmusok többsége

nem az óceánokban, a beleinkben
vagy szennyvíztisztító telepeken él,

hanem a földkéregben.

Ezek össztömege 40 milliárd tonna.

Ez a Föld egyik legnagyobb bioformációja,

és néhány évtizeddel ezelőttig
azt se tudtuk, hogy létezik.

Annak megismerése,
hogy milyen a föld alatti élet,

és ez hogyan segítheti az emberiséget,

végtelen lehetőségeket kínál.

A térképen minden piros pont
olyan helyet jelöl,

ahonnan modern mikrobiológiai
módszerek segítségével

jó minőségű felszín alatti
mintákat gyűjtöttük.

Figyelemre méltó,

mennyi helyről van mintánk,

de ha hozzátesszük azt is,
hogy ez minden, amink van,

az már nem is olyan sok.

Ha például földönkívüliek lennénk,

és ezek alapján próbálnánk
megrajzolni a Föld térképét,

biztos nem sikerülne.

Gyakran kérdezik tőlem:

"Igen, sok mikroorganizmus
él a föld alatt, de...

ezek ott csak alszanak, nem?

Igen, ez igaz.

Egy fikuszhoz, a kanyaróhoz vagy
a gyerekeim tengerimalacaihoz képest

ezek a mikroorganizmusok
tényleg nem csinálnak sok mindent.

Azt tudjunk, hogy azért kell lassan
élniük, mert ilyen sokan vannak.

Ha olyan gyorsan osztódnának,
mint az E. coli,

kétszeresére növelnék a föld tömegét –
a kőzeteket is beleértve –

egyik napról a másikra.

Valójában legtöbbjük valószínűleg
egyszer sem osztódott

az ókori Egyiptom óta.

Ami elég szédületes.

Hogy is lehetne elképzelni azt,
hogy valami ilyen hosszú ideig él?

Van erre egy kedvenc példám.

Bizarr és bonyolult,

de remélem, mindenki tudja követni.

Nos hát, kezdjünk bele.

Olyan ez, mintha a fák életciklusát
próbálnánk megismerni úgy,

hogy csak egyetlen napig élnünk.

Azaz ha egy nap lenne a teljes
emberöltő, és mi télen élnénk,

akkor egész életünkben

egyetlen olyan fát sem látnánk,
amin levél van.

Sok-sok generáció élné le így az életét,

mire elmúlna a tél.

Még a történelemkönyvekben sem
említenének mást,

csak azt, hogy a fák élettelen ágak,

és nem csinálnak semmit.

Természetesen ez nevetséges.

Mi tudjuk, hogy a fák
csak a nyárra várnak,

hogy új életre keljenek.

De ha egy ember élete

sokkal rövidebb lenne, mint egy fáé,

akkor valószínűleg fogalmunk sem lenne,
erről a teljesen nyilvánvaló tényről.

Tehát ha azt állítjuk,
hogy a föld alatti mikrobák csak alszanak,

olyanok vagyunk, mint az egy napig élők,
akik a fák életét próbálják megérteni.

Mi van, ha ezek a föld alatti
élőlények is arra várnak,

hogy számukra is eljöjjön a nyár,

de a mi életünk egyszerűen túl rövid,
hogy ezt megérjük?

Ha egy E. coli telepet tápanyag nélkül

kémcsőbe zárunk,

és így hagyjuk hónapokra vagy évekre,

a legtöbb sejt természetesen éhen hal.

De néhányan túlélik.

Ha ezeket a sejteket
ezután összeeresztjük –

szintén táplálék nélkül –

egy friss és szapora E. coli teleppel,

akkor a régi veteránok fognak
győzni a zöldfülűekkel szemben

minden egyes alkalommal.

Tehát itt a bizonyíték,
hogy evolúciós előny

az extrém lassú anyagcsere.

Valószínűleg nem kellene
egy kalap alá vennünk

a lassúságot a jelentéktelenséggel.

Lehet, hogy az elsőre élettelennek
tűnő mikroorganizmusok

akár hasznosak is lehetnek az embernek.

Nos, amennyire tudjuk,

kétféle módon lehet a föld alatt élni.

Az első, hogy megvárjuk,
amíg a felszínről lejut az ennivaló –

mintha egy ezer évvel ezelőtti
piknik morzsáira várnánk.

Elég különös módja ez a táplálkozásnak,

de meglepő módon úgy tűnik,
sok mikroorganizmus esetében működik.

A másik lehetőség, ami megfordulhat
egy mikroba fejében:

"Na nem, én aztán
nem szorulok a felszínre,

jól megvagyok itt is."

Azok, akik ezt az utat választják,

csak akkor tudnak életben maradni,
ha mindent, amire szükségük van,

megkapnak a föld belsejében.

Pár dolog itt könnyebben hozzáférhető,

mert odalenn sokkal több van ezekből.

Ilyen pl. a víz és az olyan tápanyagok,
mint a nitrogén, a vas vagy a foszfor,

és tágas az élőhely is.

Ezek olyan dolgok,

melyekért szó szerint
ölni tudunk mi, felszínlakók.

A föld alatt viszont nehéz
elegendő energiát találni.

A felszínen

a növények szén-dioxid molekulákat
kötnek össze finom cukrokká,

amint a nap fotonjai elérik a leveleiket.

A föld alatt persze nem süt a nap,

tehát az lenti ökoszisztémának
meg kell oldania azt a problémát,

hogy ki készít táplálékot az ott élőknek.

A föld alattiaknak kell tehát valami,
ami olyan, mint egy növény,

csak épp kövekből lélegzik.

Szerencsére ilyen dolog létezik,

és kemolitoautotrófoknak hívják őket.

(Nevetés)

Ezek olyan mikrobák, melyek kémiai
("kemo") vegyületeket használnak,

amiket kőzetekből ("lito") nyernek,

és ezekből készítenek táplálékot,
vagyis autotrófok.

Nagyon sokféle kémiai elemet
tudnak erre használni:

ként, vasat, magnéziumot,
nitrogént, szenet;

sőt páran akár egyszerűen elektronokat is.

Úgy képzelhetjük el ezt, mintha
egy elvágott elektromos vezetéket

búvárpipaként használnának.

(Nevetés)

Ezek a kemolitoautotrófok

kémiai folyamatokból nyernek energiát,

és ebből táplálékot készítenek,
mint a növények.

Tudjuk viszont, hogy a növények
mást is termelnek, nem csak táplálékot.

Az egyik melléktermék az oxigén,

amire teljesen rá vagyunk utalva.

A kemolitoautotrófok melléktermékei

legtöbb esetben maguk is ásványi anyagok,

mint például a rozsda vagy a pirit,
más néven bolondok aranya,

vagy a karbonátok, mint a mészkő.

Szóval itt vannak ezek mikroorganizmusok,
melyek olyan nagyon lassúak, mint a kövek;

energiát termelnek kőzetekből,

és ennek melléktermékeként
másfajta kőzetet állítanak elő.

Akkor most biológiáról beszélek,
vagy geológiáról?

Ezek a lények eléggé elmossák
a határvonalat.

(Nevetés)

Szóval, ha ezzel akarok foglalkozni,

és olyan biológus leszek,

aki olyan mikrobákkal foglalkozik,
melyek kövekként viselkednek,

akkor talán neki kéne állnom
földtant tanulni.

És mi a földtan legérdekesebb része?

A vulkánok.

(Nevetés)

Ez a kép a Costa Rica-i
Poás vulkán belsejéről készült.

Sok vulkán akkor alakul ki,

mikor egy óceáni tektonikus lemez
szárazföldi lemezzel ütközik.

Ahogy ez az óceáni lemez

a kontinentális lemez alá bukik,

víz, szén-dioxid

és sok más anyag préselődik ki belőle,

mint mikor egy vizes
felmosórongyot csavarunk ki.

Az alábukó lemezek tehát
kapuk a föld alatti világba,

ahol a felszín alatti és feletti
anyagok helyet cserélhetnek.

Nemrégen néhány
Costa Rica-i kollégám felajánlotta,

hogy dolgozzak velük néhány vulkánnál.

És persze elfogadtam,
mert azon túl, hogy Costa Rica gyönyörű,

az ország egy alábukó lemez
mentén helyezkedik el.

Arra a kérdésre kerestük a választ,

hogy miért van az,
hogy a mélyen a föld alatt,

az óceáni lemezben
felhalmozódott szén-dioxid

csak a vulkánokon
keresztül tör a felszínre?

Miért nincs jelen
az érintett terület egészén?

Lehetséges, hogy ez a
mikroorganizmusok miatt van?

Ezen a képen a Poás vulkánban vagyunk

egy kollégámmal, Donato Giovannellivel.

A tó, ami mellett állunk,
színtiszta akkumulátorsav.

Azért tudom ilyen biztosan, mert épp
a pH-t mértük, mikor a kép készült.

Miközben a kráterben dolgoztunk,

megkérdeztem a Costa Rica-i
kollégámat, Carlos Ramírezt:

"Oké, de ha a vulkán most hirtelen kitör,

mi a menekülési terv?

Azt mondta: "Hát igen,
nagyszerű kérdés, és egyszerű a válasz:

Fordulj meg és gyönyörködj a látványban.

(Nevetés)

Merthogy ezt látod utoljára."

(Nevetés)

Talán úgy hangzik, hogy kicsit
túldramatizálta a helyzetet,

de 54 nappal az után,
hogy ott álltam a tó partján,

pontosan ez történt.

(Közönség:) Ó!

Szörnyen félelmetes, nem?

(Nevetés)

Ennek a vulkánnak ez volt a legnagyobb
kitörése az elmúlt kb. 60 évben,

és nem sokkal az után,
hogy ez a videó véget ért,

a kamera, ami a felvételt készítette
megsemmisült,

a tó pedig, amiből a mintákat vettük

az utolsó cseppig elpárolgott.

A teljesség kedvéért azért elmondom,

hogy elég biztosak voltunk,
hogy ilyesmi nem történik akkor,

amikor a kráterben voltunk,

hiszen Costa Rica gondosan
figyeli a vulkánokat

az OVSICORI Intézet segítségével,

és aznap még az intézet
néhány munkatársa is velünk volt.

De az, hogy a vulkán kitört,
tökéletesen szemlélteti,

hogy ha meg akarjuk tudni,

honnan tör fel a szén-dioxid
az óceáni lemezből,

akkor a megoldást elég
magukban a vulkánokban keresni.

Ha Costa Ricába utaznak

talán észreveszik,
hogy nemcsak vulkánok vannak,

hanem rengeteg csinos kis hőforrás
is akad mindenhol.

Néhány forrás vize

szintén ezekből a mélyen a föld alá
süllyedt lemezekből tör föl.

A feltevésünk az volt,

hogy a vízben szén-dioxidnak
is lennie kéne,

de valami még mélyen
a föld alatt kiszűri belőle.

A következő két hétben tehát
körbejártuk Costa Ricát,

és minden hőforrásból mintát vettünk.

Rettenetes volt, ezt el kell mondjam.

A következő két évben pedig
ezeket az adatokat elemeztük.

Azoknak, akik nem természettudományokkal
foglalkoznak, elmondom,

hogy a nagy felfedezések
nem akkor születnek,

mikor egy gyönyörű hőforrásnál
vagy más látványos helyen vagyunk.

Hanem akkor, mikor
a számítógépünk előtt görnyedünk,

vagy egy bonyolult műszert
próbálunk életre kelteni,

vagy a kollégáinkkal beszélünk Skype-on,

mert nem igazodunk ki az adatokon.

A tudományos felfedezések,
ahogy a föld alatti baktériumok is,

nagyon, nagyon lassúak tudnak lenni.

A mi esetünkben viszont
meglett a munka eredménye.

Kimutattuk, hogy a szén-dioxid
szó szerint tonnaszámra szabadul fel

az alámerült óceáni lemezekből.

Ami pedig ezt a föld alatt tartotta,

és meggátolta abban,
hogy visszajusson a légkörbe,

ott mélyen a földkéregben,

Costa Rica imádnivaló
lajhárjai és tukánjai alatt,

nem volt más, mint a kemolitoautotrófok.

Ezek a mikroorganizmusok, és a kémiai
folyamatok, melyeket előidéztek,

a szén-dioxidot karbonátokká alakították,

és így megkötötték a föld alatt.

Ez viszont azt a kérdést veti fel,

hogy ha a föld alatti folyamatok

ilyen hatékonyan tudják megkötni
a mélyből érkező szén-dioxidot,

akkor tudnának-e esetleg

a mi kis szén-dioxid problémánkban
is segíteni itt a felszínen?

Az emberek annyi szén-dioxidot
bocsátanak a légkörbe,

hogy a Föld lassan nem lesz képes
fenntartani az életet,

legalábbis a mai formában.

Tudósok, mérnökök és
vállalkozók dolgoznak azon,

hogy kivonják a szén-dioxidot

a szennyezőforrásokból,

hogy az ne kerülhessen a légkörbe.

De mihez kezdjenek a szén-dioxiddal?

Ezért van tehát szükség arra,

hogy tanulmányozzunk minden helyet,
ahol a szén-dioxidot tárolni lehet –

lehetőleg föld alatt,

és hogy megtudjuk mi lesz vele,
ha oda kerül.

Lehet, hogy a föld alatti mikrobák
nem lennének megfelelőek,

mert túl lassúak ahhoz,
hogy bármit megkössenek?

Vagy segítségünkre lehetnek,

mert a szén-dioxidot
szilárd karbonátokká alakítják?

Ha ekkora áttörést érhetünk el

egyetlen Costa Rica-i kutatás során,

akkor képzeljék csak el, mi más
várhat még felfedezésre odalenn?

Ennek az új geo-bio-kémiának,
vagy földkéreg-biológiának,

vagy akárhogy is hívják,

hatalmas hozadékai lehetnek,

nemcsak a klímaváltozás elleni harcban,

hanem abban is, hogy megértsük,
hogy fejlődött együtt az élet és a Föld,

vagy hogy új lehetőségeket fedezzünk fel
ipari vagy orvosi felhasználásra.

Esetleg hasznos lehet
földrengés-előrejelezésre is,

vagy arra, hogy más bolygókon
életet találjunk.

Lehet, hogy még az élet eredetét is
segít megfejteni.

Szerencsére ezen az úton
nem egyedül járok.

Sok nagyszerű kollégám van
a világ minden táján,

akik próbálják megfejteni
a föld alatti világ rejtelmeit.

És talán elsőre úgy tűnik,
hogy a föld alá temetett élet

olyan távol van mindennapi életünktől,
hogy nincs is semmi jelentősége,

de az igazság az,
hogy ez a furcsa és lassú élet

válaszokat adhat

akár a földi élet
legnagyobb kérdéseire is.

Köszönöm.

(Taps)