|
Mikroorganizmy litobiontyczne i ich znaczenie poszukiwaniu życia poza Ziemią
Kiedy uzyskujemy wyniki nigdy wcześniej nie otrzymane, potrzebujemy metod nigdy wcześniej nie stosowanych
Sir Francis Bacon
Już w XIX wieku przyrodnicy mieli świadomość, że skały we wszystkich częściach świata bywają pokryte porostami. Dzisiaj wiemy, że porosty kolonizują ok. 8% powierzchni naszej planety i że wnętrze tych skał może być w wielu przypadkach zajmowane przez mikroorganizmy litobiontyczne (gr. lithos - skała, bios - życie). Konstrukcja nowych mikroskopów o bardzo różnych charakterystykach i możliwościach rozdzielczych, jak i postęp w technikach mikroskopowych, przyczyniły się w ostatnich latach do wyraźnego rozwoju badań nad oddziaływaniem pomiędzy mikroorganizmami litobiontycznymi a sąsiadującym z nimi substratem skalnym. Trzeba podkreślić, że aby zaznajomić się z problemami i sekretami ekologii mikroorganizmów litobiontycznych, ich możliwymi oddziaływaniami z substratem mineralnym oraz ich resztkami w postaci skamielin czy też z nieorganicznymi produktami ich aktywności biologicznej należy obserwacje tych mikroorganizmów przeprowadzać in situ czyli w naturalnym miejscu ich występowania. To znaczy, że nie jest wskazane (często jest to też po prostu niemożliwe) ich izolowanie z głębokich szczelin skalnych i późniejsze preparowanie do obserwacji z użyciem np. mikroskopów.
Badania tu i teraz
Nie jest to zupełnie nowe podejście do problemu. Przed ok. 15 laty słynny mikrobiolog T.D. Brock wyraźnie zalecał prowadzenie bezpośrednich (in situ) badań mikroorganizmów i ich naturalnego mikrośrodowiska z zastosowaniem technik mikroskopowych. Twierdził, że "...mikroskopia powinna stanowić bazę, podstawowy fundament, na którym każde badania dotyczące ekologii mikroorganizmów muszą być budowane".
W ciągu ostatnich lat tego typu obserwacje in situ prowadzono z zastosowaniem Skaningowego Mikroskopu Elektronowego z konwencjonalnym systemem detekcji sygnału (detekcja elektronów wtórnych). Technika ta ilustruje występowanie mikroorganizmów we wnętrzach skał, jakkolwiek dostarcza tylko zewnętrznego opisu morfologicznego niektórych komórek mikroorganizmów. Niestety, w większości przypadków opis ten jest niewystarczający do określenia typu danego mikroorganizmu (fig. 1). 
To właśnie te ograniczenia zainspirowały mój zespół do poszukiwania nowej metody obserwacji in situ mikroorganizmów litobiontycznych i ich skamielin. W 1994 roku opublikowaliśmy wraz z C.Ascaso (Centro de Ciencias Medioambientales, CSIC, Madrid), po raz pierwszy w Journal of Microscopy, naszą metodę obserwacji tych obiektów z zastosowaniem Skaningowego Mikroskopu Elektronowego, wyposażonego jednak w inny detektor sygnałów, oparty o detekcję elektronów rozproszonych (SEM-BSE) a także w sondę mikroanalityczną. Odpowiednia preparacja próbek i następnie ich obserwacja z wykorzystaniem techniki SEM-BSE pozwoliła nam, po raz pierwszy, w dokładny sposób scharakteryzować żywą zawartość szczelin skalnych na poziomie cytologicznym. Technika ta umożliwia obserwację elementów ultrastruktury komórkowej alg, sinic, grzybów nitkowatych, bakterii etc., bez konieczności izolacji tych mikrobów z ich naturalnego środowiska (fig. 2).
Te same mikroorganizmy można również obserwować stosując Skaningową Konfokalową Mikroskopię Laserową. Ta bardzo niedawno rozwinięta technika pozwala demonstrować żywą zawartość skalnych szczelin, również w postaci trójwymiarowej (fig. 3).
 
Te i inne techniki mikroskopii były i są nadal stosowane przeze mnie i C. Ascaso do badań ekologii porostów i towarzyszących im mikroorganizmów. Z jednej strony działalność ta stanowi ważny czynnik w procesach glebotwórczych, z drugiej jednak prowadzi ona do biodeterioracji pomników i innych zabytków wykonanych z kamienia. Nasza grupa ma istotne osiągnięcia w określaniu stopnia biodeterioracji zabytków pochodzących z basenu Morza Śródziemnego przyczyniając się swymi badaniami do optymalnego wyboru strategii konserwacji i restauracji budowli o historycznym znaczeniu.
Nasz kuzyn Mars
Biorąc pod uwagę to, że właśnie mikroorganizmy były pierwszymi "istotami" kolonizującymi Ziemię, istnieje olbrzymie zainteresowanie nauki mikroorganizmami litobiontycznymi i ich nieorganicznymi śladami obecności wewnątrz skał. Astrobiologia jest właśnie tą dziedziną nauki, która zajmuje się poszukiwaniem śladów życia poza naszą planetą. Badania astrobiologiczne koncentrują się też na studiach początków życia na naszej planecie. Astrobiolodzy poszukują np. śladów pozostawionych czasami przez mikroorganizmy żywe w postaci osadów nieorganicznych lub też mikroskamielin drobnoustrojów. Uwzględniając możliwe scenariusze narodzin życia w naszym układzie słonecznym, astrobiologia Marsa jest szczególnie ciekawa. Przede wszystkim z uwagi na wyraźne podobieństwa w geologicznej historii Czerwonej Planety i Ziemi we wczesnych etapach istnienia układu słonecznego. Jednak dużo później, z nieznanych jak dotychczas powodów, Mars stawał się coraz bardziej suchy i zimny.
Na naszej planecie występuje pewien obszar geologiczny i klimatyczny, który pod wieloma względami przypomina warunki panujące na Marsie w okresie, gdy planeta ta stawała się stopniowo coraz bardziej sucha i chłodna. To pustynia Rose'a na Antarktydzie. W związku z tym, pewne obszary tej pustyni służą jako dobry model w badaniach astrobiologicznych. Badania mikroorganizmów litobiontycznych i ich śladów bytności we wnętrzu skał pochodzących z pustyni Rose'a przydatne są do osiągnięcia następujących celów:
poznania i interpretacji danych wskazujących na występowanie biologicznej aktywności na Marsie w przeszłości;
przygotowania, sprawdzania i rozwijania technik preparatywnych i metodologii badawczych służących do wykrywania możliwych śladów życia w materiałach pozaziemskich (jak np. meteoryty czy - w niedalekiej przyszłości - skały z Marsa, które dostarczą misje kosmiczne);
badań prowadzonych na materiale skalnym pochodzącym z obszarów o skrajnych warunkach klimatycznych; ułatwi to ewentualną instalację na Marsie biologicznych ekosystemów ziemskich.
Dzisiaj wiemy, że życie na naszej planecie powstało przed ok. czterema miliardami lat. Jeśli Mars w tym okresie historii Wszechświata posiadał również klimat odpowiedni do podtrzymania życia, hipotezy iż życie biologiczne mogło się tam pojawić i przetrwać przez pewien czas, nie są bezpodstawne. W tym kontekście badania meteorytu z Marsa, znalezionego w 1984 roku w Allan Hills na Antarktydzie i nazwanego ALH84001, nabierają olbrzymiego znaczenia; tym bardziej, że wiek tej skały określono na 4,5 miliarda lat. Znaczy to, że teoretycznie jest pewna szansa znalezienia w jego wnętrzu śladów aktywności biologicznej, pozostawionych przez mikroorganizmy litobiontyczne.
Co kryje Czerwona Planeta?
Przypuszczenia te doprowadziły do podjęcia określonych badań. W sierpniu 1996 roku grupa naukowców z NASA (z dr. Davidem McKay na czele) oraz uczeni z Uniwersytetu Stanforda w Kalifornii opublikowali w Science artykuł na temat odkrycia potencjalnych pozostałości aktywności biologicznej w meteorycie ALH84001 pochodzącym z Marsa. Jednak rezultaty tych badań do dzisiaj nie są jednoznaczne. Z jednej strony wznieca to zainteresowanie tym tematem badawczym, z drugiej powoduje intensyfikację studiów dotyczących mikroorganizmów litobiontycznych i pozostawionych przez nie śladów w postaci skamielin i innych nieorganicznych świadectw ich obecności. Z tych właśnie powodów pochodząca z Marsa skała, ważąca blisko dwa kilogramy, została podzielona pomiędzy kilkan>aście grup naukowców i poddana całej gamie obserwacji, badań i analiz. W roku 1996 mikrobiolog prof. E. Imre Friedmann, wraz ze swoimi współpracownikami z NASA wyrazili głębokie uznanie dla rezultatów badań prowadzonych przez C. Ascaso i przeze mnie. To doprowadziło do naszej współpracy naukowej. W lipcu 1997 roku komisja Lunar and Planetary Institute i JSC NASA (Houston) przyznała fragment marsjańskiego meteorytu ALH84001 grupie, w której znalazłem się obok prof. E.I. Friedmanna i prof. C. Ascaso. Prowadzimy szczegółowe badania z zastosowaniem nowoczesnych technik mikroskopowych. Równolegle z badaniami meteorytu robimy serie eksperymentów na skałach z pustyni antarktycznej; badamy procesy mineralizacji i tworzenia się skamielin mikroorganizmów ekstremofilnych. Badania skamielin mikroorganizmów mają na celu pogłębienie znajomości procesów ich formowania się w ziemskich warunkach klimatycznych ale być może kiedyś obecnych na Marsie.
Wysiłki te znajdą z pewnością swe odzwierciedlenie po 2008 roku. Wtedy to po raz pierwszy będziemy mieli możliwość zbadania zawartości skał marsjańskich pochodzących z delt rzek i dna zbiorników wodnych. Co drzemie w skałach Marsa? Na odpowiedź musimy poczekać być może nie więcej niż dziesięć lat.*
Jacek Wierzchoś
* Rozmowę z dr. Jackiem Wierzchosiem publikujemy w artykule "Co i jak może żyć w kamieniu" Dr Jacek Wierzchoś jest dyrektorem Serwisu Mikroskopii Elektronowej Uniwersytetu w Leridzie w Hiszpanii.
powrót do wydawnictwa 
|
