Táto hlbokomorská záhada mení naše chápanie o živote

Ako hlboko do Zeme môžeme ísť, aby sme tam stále našli život? Morská biologička Karen Lloyd nám predstavuje hlboko podpovrchové mikróby: maličké organizmy, ktoré žijú ponorené pár metrov hlboko v oceánskom bahne, a ktoré sú na svete dlhšie než zvieratá. Zistite viac o týchto záhadných mikróboch, ktoré odmietajú rásť v laboratóriu a zdajú sa mať zásadne odlišný vzťah s časom a energiou než my.

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)