Otkriće u pećini u Novom Meksiku može da proširi potragu za životom van Zemlje

Kada je biospeleološkinja Hejzel Barton kročila u potpunu tamu pećine, poslednje što je očekivala da će pronaći bili su organizmi koji koriste energiju iz svetlosti.

Shvatila je da ovo novo razumevanje fotosinteze u mraku znači da bi život mogao da postoji na nekim mestima u svemiru za koja to ne bismo očekivali.

„Zid je bio jarko zelen.

„To je bila najsjajnija zelena sa prelivima koju možete da zamislite, a ipak su mikroorganizmi živeli u potpunom mraku", kaže Barton, profesorka geoloških nauka na Univerzitetu Alabame, u Sjedinjenim Američkim Državama (SAD).

Ispod dubokih stenovitih kanjona pustinje Čivave u južnom delu države Novog Meksika nalazi se sistem od 119 pećina.

Pećine, koje su deo Nacionalnog parka Karlsbadske pećine, nastale su pre između četiri i 11 miliona godina usled rastvaranja krečnjačkih stena sumpornom kiselinom.

Glavna atrakcija parka je pećina koja je otvorena za posetioce, Karlsbadska pećina.

U njoj blistavi stalaktiti vise sa plafona Velike dvorane, ogromne podzemne prostorije duge skoro 1.220 metara i široke 191 metar.

„Karlsbadska pećina je veoma lako dostupna.

„To je velika krečnjačka pećina koju turisti mogu da posete, ima stepenice i merdevine i svako može da siđe", kaže Lars Berent, mikrobiolog na Univerzitetu Upsale u Švedskoj.

Pojedini delovi sistema pećina, dodaje, dostupni čak i ljudima u invalidskim kolicima.

Pećinu Karlsbad godišnje poseti skoro 350.000 ljudi, ali većina ne zna da je ona mesto jednog od najzagonetnijih naučnih otkrića u poslednjoj deceniji.

U naizgled potpunom mraku mikroorganizmi uspevaju da koriste svetlost za energiju - istu vrstu svetlosti kakvu emituju crveni patuljci, najčešća vrsta zvezda u našoj galaksiji.

Barton kaže da to znači da možemo da tragamo za životom izvan Zemlje na mnogo više mesta nego što se ranije mislilo.

Kada je 2018. godine završio doktorat, Barent je osvojio i akademsku nagradu koja mu je obezbedila sredstva za istraživanje.

Kontaktirao je Barton i pitao je da li bi mu se pridružila u ekspediciji.

Srećom, pristala je.

„Prvo što uradite u pećini Karlsbadu je da se spustite turističkom stazom, a zatim skrenete iza jednog ugla", kaže Barton.

„Ne znam koliko sam puta prošla tom stazom, verovatno oko 40 puta.

„Kada skrenete iza ugla, iza vas je mala niša i potpuni mrak".

• Zašto vanzemaljci verovatno postoje, ali nas neće posetiti u skorije vreme
• Šta ako pronađemo život na drugim planetama
• Teorije o poseti vanzemaljaca sve popularnije, utiču i na politiku

Barton više od 20 godina proučava mikroskopski život duboko pod zemljom.

Pa ipak, ono što je pronašla iznenadilo je čak i nju.

Berent je uperio baterijsku lampu u zid.

Iako je niša bila potpuno mračna, svetlost je otkrila sloj zelenih mikroba koji su prekrivali zid.

Kasnije analize su pokazale da je reč o cijanobakterijama, jednoćelijskim organizmima srodnim bakterijama.

Za razliku od većine bakterija, cijanobakterije, poznate i kao modrozelene bakterije ili alge, koriste sunčevu svetlost za proizvodnju hrane.

„Počeli smo da zalazimo sve dublje u pećinu", kaže Barton.

„Na kraju smo došli do tačke gde nismo mogli da vidimo bez baterijske lampe.

„Morali smo da koristimo lampu na kacigama da bismo videli sopstvenu ruku ispred lica, a zeleni pigment na zidu se ipak video."

Biljke su zelene zahvaljujući pigmentu zvanom hlorofil, koji apsorbuje svetlosnu energiju.

U fotosintezi se ta energija koristi za pretvaranje ugljen-dioksida i vode u glukozu i kiseonik.

Proces je veoma sličan i kod cijanobakterija.

Ali ovde, u pećini, nije bilo sunčeve svetlosti.

Šta se, onda, dešavalo?

Ispostavilo se da cijanobakterije u pećini imaju posebnu verziju hlorofila koja može da hvata blisku infracrvenu svetlost.

Ta svetlost ima dužu talasnu dužinu od vidljive svetlosti i nalazi se neposredno pre infracrvenog dela elektromagnetnog spektra.

Ljudsko oko ne može da je registruje.

Dok biljke i većina cijanobakterija koriste hlorofil a za fotosintezu, cijanobakterije iz pećina Karlsbada koriste hlorofil d i f, koji mogu da proizvode energiju iz bliske infracrvene svetlosti.

Vidljiva svetlost može da prodre samo nekoliko stotina metara u pećine, ali bliska infracrvena svetlost putuje mnogo dalje zbog reflektujuće prirode krečnjačkih stena.

„Krečnjak od kog je pećina napravljena apsorbuje gotovo svu vidljivu svetlost, ali za blisku infracrvenu svetlost pećine su praktično dvorana ogledala", objašnjava Barton.

Zapravo, kada su istraživači izmerili svetlost u zadnjem, najtamnijem delu pećine, utvrdili su da su nivoi bliske infracrvene svetlosti bili 695 puta veći nego na ulazu.

Istovremeno, iako su cijanobakterije koje sadrže hlorofil d i f bile prisutne u svim delovima pećine, posebno su bile koncentrisane na najtamnijim i najdubljim mestima.

Istraživači su takođe posetili i druge pećine u Nacionalnom parku Karlsbadske pećine i istražili manje poznata i teško dostupna mesta.

Na svim mestima su pronašli mikroorganizme koji obavljaju fotosintezu duboko pod zemljom.

„Pokazali smo ne samo da oni tamo žive, već i da obavljaju fotosintezu u potpuno zaštićenom okruženju gde su verovatno netaknuti 49 miliona godina", kaže Berent.

Barton i Berent nisu jedini naučnici koji su pronašli mikroorganizme koji su sposobni da žive u mraku.

Još 1890. godine ukrajinsko-ruski mikrobiolog Sergej Nikolajevič Vinogradski otkrio je da neki mikroorganizmi mogu da žive isključivo od neorganske materije, koristeći proces poznat kao hemosinteza.

Ovi mikroorganizmi energiju dobijaju hemijskim reakcijama, koristeći supstance poput metana ili vodonik-sulfida iz okolnih stena i vode.

Japanski naučnik Hideaki Mijašia otkrio je 1996. godine, tokom učešća u postdoktorskom programu američke svemirske agencije NASA-e, morsku cijanobakteriju nazvanu Acaryochloris marina, koja može da obavlja fotosintezu koristeći i vidljivu i blisku infracrvenu svetlost.

Posle ovog otkrića usledile su decenije istraživanja talasnih dužina svetlosti potrebnih za fotosintezu.

Zatim su 2018. godine naučnici sa Imperijal koledža u Londonu pronašli cijanobakterije koje obavljaju fotosintezu, a žive u senovitim uslovima u bakterijskim prostirkama u Nacionalnom parku Jeloustounu u SAD-u, kao i unutar pojedinih priobalnih stena u Australiji.

Uspeli su čak i da uzgajaju mirkobe koji obavljaju fotosintezu u mračnom ormariću opremljenom infracrvenim LED diodama.

U svim ovim slučajevima cijanobakterije su koristile hlorofil d za fotosintezu pomoću vidljive svetlosti, a zatim prelazile na hlorofil f za fotosintezu pomoću bliske infracrvene svetlosti, koju ne može da vidi ljudsko oko.

Ova otkrića su važna za teorije o tome kako bi život mogao da izgleda na drugim planetama.

Pogledajte video: Perseidi - praznik za ljubitelje zvezda

Kada se traže nastanjive egzoplanete, one koje kruže oko nekih drugih zvezda koje nisu Sunce, važno je uzeti u obzir tip zvezde oko koje orbitiraju.

Astronomi su pokušali da grupišu zvezde prema boji svetlosti koju emituju, i svrstali su ih u sedam klasa (O, B, A, F, G, K i M) po temperaturi od najtoplije ka hladnijim.

Zvezde tipa O i B su najtoplije, najmasivnije i najsjajnije u svemiru.

Odlikuje ih plavičasto-bela boja.

„One proizvode mnogo UV zračenja, pa su otrovne za život", kaže Hejzel Barton.

Zvezde tipa G, među koje spada i naše Sunce, imaju žutu boju i emituju mnogo svetlosti u vidljivom spektru.

Takve zvezde bi teoretski bile dobra mesta u potrazi za nastanjivim svetovima, ali zvezde tipa G čine svega oko osam odsto od milijardu biliona zvezda koliko se procenjuje da ih ima u svemiru.

Međutim, najzastupljeniji tip zvezda koje mogu da se vide u našoj galaksiji su crveni patuljci, odnosno zvezde tipa M.

Većina stenovitih egzoplaneta koje su do sada otkrivene pronađene su u orbiti upravo oko ovog tipa zvezda.

Pošto su crveni patuljci zvezde male mase, njihove planete obično orbitiraju blizu, zbog čega ih je lakše uočiti.

Još jedan razlog zbog kojeg su naučnici otkrili toliko zvezda tipa M u potrazi za egzoplanetama jeste njihova brojnost.

Međutim, trenutno se smatra da crveni patuljci imaju veoma usku nastanjivu zonu, područje najbliže zvezdi gde uslovi nisu ni previše topli ni previše hladni, što je uslov za postojanje tečne vode na površini planete.

Kako je postojanje tečne vode neophodno za život na Zemlji, taj pojas, poznat kao cirkumstelarna nastanjiva zona ili ekosfera, predstavlja ono na šta su astrobiolozi usredsređeni u potrazi za životom izvan Zemlje.

Do sada su pronašli desetine kandidata.

Međutim, sve te planete ne bi mogle da podrže život, a usmeravanje teleskopa, poput svemirskog teleskopa Džejmsa Veba zahteva vreme i značajna sredstva.

Još jedan važan činilac koji određuje da li život može da postoji jeste mogućnost obavljanja fotosinteze.

Na Zemlji, fotosinteza čini osnovu većine lanaca ishrane i obezbeđuje kiseonik koji udišemo.

Zbog toga ima smisla da se potraga ograniči na planete koje mogu da podrže fotosintezu, što bi moglo značajno da suzi pojas oko zvezde gde bi život bio moguć.

Ranije su astrobiolozi postavili granicu za obavljanje fotosinteze na talasnu dužinu od 700 nm u svetlosnom spektru, što odgovara talasnoj dužini crvene boje svetlosti.

To je tačka na kojoj opada efikasnost fotosinteze pomoću hlorofila a.

Međutim, cijanobakterije otkrivene u sistemu pećina Karlsbada mogu da koriste svetlost do talasne dužine od 780 nm koristeći hlorofil f.

„Velika većina zvezda u našoj galaksiji su upravo zvezde tipa M i K", kaže Barton.

„To znači da većina zvezda u našoj galaksiji emituje blisku infracrvenu svetlost, a mi gotovo ništa ne znamo o tome kako bi fotosinteza i život mogli da opstanu u uslovima svetlosti koju proizvode takve zvezde".

Barton planira da o tome nešto sazna.

Ona i Lars Berent su podneli predlog NASA-i za određivanje granice u kojima organizmi koji obavljaju fotosintezu mogu da prežive.

Istraživanje bi podrazumevalo ulaženje duboko u najtamnije pećine da bi se precizno izmerilo koliko je svetlosti potrebno za opstanak cijanobakterija.

Te informacije bi zatim mogle da pomognu da se suzi potraga za nastanjivim svetovima.

Na primer, pomoću svemirskog teleskopa Džejmsa Veba naučnici mogu da mere količinu i vrstu svetlosti koju primaju egzoplanete.

„Mi pokušavamo da utvrdimo koja je najduža talasna dužina svetlosti i najniži nivo svetlosti pri kojem je moguća fotosinteza", kaže Barton.

„Zatim bismo mogli da odaberemo 100 milijardi potencijalnih zvezda na koje možemo da usmerimo svemirski teleskop Džejms Veb i da smanjimo taj broj na, recimo, 50 zvezda oko kojih bi život bio moguć."

Drugim rečima, astrobiolozi bi mogli da prošire vrste svetova za koje veruju da mogu da podrže život.

Tada bi preostalo samo da se svemirski teleskop Džejms Veb usmeri ka odabranoj zvezdi i da se potraže planete koje prolaze oko nje.

Dok svetlost zvezde prolazi kroz atmosferu planete, određene frekvencije svetlosti se apsorbuju u zavisnosti od prisutnih elemenata.

Tako astronomi mogu da utvrde da li su u atmosferi neke egzoplanete prisutni elementi koji mogu da ukažu na prisustvo života, poput kiseonika, tražeći „nedostajuće" linije na apsorpcionom spektru.

„Postoji veoma, veoma malo načina na koji kiseonik može da se proizvede u atmosferi bez života", kaže Barton.

„Dakle, ako pronađete kiseonik u atmosferi neke od tih egzoplaneta, to je veoma snažan pokazatelj mogućeg prisustva života."

BBC na srpskom je od sada i na Jutjubu, pratite nas OVDE.

Pratite nas na Fejsbuku, Tviteru, Instagramu, Jutjubu i Vajberu. Ako imate predlog teme za nas, javite se na [email protected]

• NASA: Nema razloga da zaključimo da vanzemaljci postoje, ali ni da otpišemo tu mogućnost
• 'Neobični' sistem koji osporava sve ideje o nastanku planeta
• Teja, planeta koju je Zemlja možda progutala i pomogla da nastane Mesec
• Šta je postojalo pre Velikog praska
• Zaboravljeni sveštenik koji je u 18. veku predvideo crne rupe
• Postoji li više od jednog univerzuma