میکروب‌های شگفت‌انگیز زیر زمین: کشف دنیایی پنهان در ژرفا

میکروب‌های پنهون در ژرفای زمین

کدوم میکروب‌ها توی ژرفای زمین، توی دل سیاهی، توی معدن‌های طلا، توی سفره‌های آب زیرزمینی و چاه‌های عمیق کف دریا زندگی می‌کنن و با میکروبیوم‌هایی که سطح زمین رو پوشوندن چطور مقایسه می‌شن؟ یه پژوهش جهانی که به این سؤال بزرگ پرداخته، توی آزمایشگاه زیست‌شناسی دریایی (MBL) توودز هول انجام شده و تنوع میکروبی شگفت‌انگیزی رو توی بعضی محیط‌های زیرسطحی (تا ۴۹۱ متر زیر کف دریا و تا ۴۳۷۵ متر زیر زمین) نشون می‌ده. این کشف به ذخایر وسیع و دست‌نخورده‌ای از تنوع برای پیدا کردن ترکیب‌ها و داروهای جدید، درک چگونگی سازگاری سلول‌ها با محیط کم‌انرژی و روشن کردن جستجو برای حیات فرازمینی اشاره داره.

این پژوهش که توسط امیل راف، دانشمند همکار MBL، هدایت می‌شه، این هفته توی نشریه Science Advances منتشر شده. راف می‌گه: «معمولاً این‌طوری فرض می‌شه که هرچی عمیق‌تر بریم توی زمین، انرژی کمتری در دسترسه و تعداد سلول‌هایی که می‌تونن زنده بمونن کمتر می‌شه. در حالی که هرچی انرژی بیشتر باشه، تنوع بیشتری می‌تونه ایجاد و حفظ بشه – مثل جنگل‌های استوایی یا صخره‌های مرجانی که نور و گرمای زیادی دارن.»

اون ادامه می‌ده: «ولی ما نشون می‌دیم که توی بعضی از محیط‌های زیرسطحی، تنوع می‌تونه به‌راحتی با تنوع سطح رقابت کنه و حتی ازش پیشی بگیره. این موضوع به‌خصوص درباره محیط‌های دریایی و میکروب‌های قلمرو آرکئا درسته.» این پژوهش گسترده که ۸ سال طول کشیده، یکی از اولین پژوهش‌هایی هست که تنوع میکروبی و ترکیب جوامع رو توی محیط‌های دریایی و زمینی مقایسه می‌کنه.

تفاوت‌های میکروبیوم‌های دریایی و زمینی

راف می‌گه: «به گیاه‌ها و جانورها نگاه کنین – تعداد خیلی کمی ازشون به هر دو محیط دریایی و زمینی سازگارن. یه استثنا می‌تونه ماهی سالمون باشه.» اون اضافه می‌کنه: «سؤال جالب اینه که آیا این موضوع برای میکروب‌ها هم صدق می‌کنه؟» جواب مثبته. اونا فهمیدن که میکروبیوم‌های دریایی و زمینی از نظر ترکیب، فرق‌های زیادی دارن، در حالی که سطح تنوعشون شبیه همه. راف می‌گه: «بنابراین، به نظر میرسه این یه اصل زیست‌محیطی جهانیه. یه جدایی خیلی واضح بین شکل‌های حیات توی محیط‌های دریایی و زمینی وجود داره، نه فقط روی سطح بلکه زیر سطح هم. فشارهای انتخابی توی زمین و دریا خیلی با هم فرق دارن و اونا موجودات مختلفی رو انتخاب می‌کنن که توی هر دو محیط زندگی سختشونه.»

زندگی توی ژرفا، توی تاریکی و آرامش

راف می‌گه: «اولین باری که دانشمندا به‌طور گسترده متوجه شدن یه مخزن بزرگ از میکروب‌ها دقیقاً زیر پای ما، در عمق کیلومترها توی سنگ و زیر کف دریا وجود داره، برمی‌گرده به اواسط دهه ۱۹۹۰.» دانشمندا الان تخمین می‌زنن که بین ۵۰ تا ۸۰ درصد از سلول‌های میکروبی زمین توی زیرسطح زندگی می‌کنن، جایی که دسترسی به انرژی می‌تونه خیلی کمتر از سطح آفتابی باشه. راف با اشاره به این پژوهش می‌گه: «ما الان می‌تونیم بفهمیم که شاید نیمی از تنوع میکروبی زمین توی زیرسطح باشه.» اون ادامه می‌ده: «و جالبه که توی این محیط‌های کم‌انرژی، به‌نظر می‌رسه زندگی کند شده و گاهی به حداقل مطلقش می‌رسه.»

یادگیری از میکروب‌های زیرسطحی و مدت زمان زندگیشون

طبق تخمین‌ها، بعضی از سلول‌های زیرسطحی به‌طور متوسط هر هزار سال یه بار تقسیم می‌شن. بنابراین، این میکروب‌ها مدت زمان زندگی کاملاً متفاوتی دارن و ما می‌تونیم ازشون درباره پیری چیزهایی یاد بگیریم. راف می‌گه: «واسه زنده موندن توی زیرسطح، عاقلانه اینه که از نظر تکاملی خودمون رو طوری سازگار کنیم که احتیاجات انرژی و قدرتمون رو کم کنیم و هر بخش از متابولیسممون رو طوری بهینه کنیم که تا حد امکان انرژی‌رسان باشه.» همچنین می‌تونیم از این موضوع یاد بگیریم که چطور توی شرایطی که تقریباً هیچ‌چیزی نداریم، بازدهی بالایی داشته باشیم. اگه توی تاریخ مریخ یا سیارات دیگه یه زمانی آب مایع وجود داشته – و شواهدی هست که نشون می‌ده مریخ این‌طوری بوده – اکوسیستم‌های سنگی در عمق ۳ کیلومتری زیر سطحش، خیلی شبیه اکوسیستم‌های روی زمین خواهد بود، راف می‌گه. «انرژی اونجا خیلی کم خواهد بود و زمان تولید ارگانیسما خیلی طولانی خواهد بود. درک زندگی عمیق توی زمین می‌تونه یه مدل برای کشف این باشه که آیا زندگی توی مریخ بوده و آیا هنوز هم زنده مونده.»

چه‌طوری این پژوهش موفق شد، در حالی که بقیه نتونستن

تحقیقات درباره زندگی میکروبی توی نقاط مختلف روی سطح و زیرسطح زمین چیز جدیدی نیستن و به‌طور خاص کم هم نیستن. ولی راف می‌گه، اطلاعات این پژوهش‌ها به‌خاطر ناهماهنگی توی روش‌های تحقیقاتی که گروه‌های مختلف استفاده کرده بودن، جمع‌آوری اونا سخت و حتی غیرممکن بود. در مقابل، پژوهش حاضر از سال ۲۰۱۶ شروع شد، زمانی که راف، که اون موقع محقق بعد از دکترا بود، توی یه جلسه از سرشماری زندگی عمیق شرکت کرد؛ تلاشی پیشگامانه‌ برای ارزیابی زندگی میکروبی زیرسطحی که به‌طور مشترک توسط میچل سوگین، دانشمند ارشد برجسته MBL هدایت می‌شد. توی این سرشماری، گروه‌های تحقیقاتی در سرتاسر دنیا نمونه‌های زیرسطحی رو به MBL فرستادن، جایی که دانشمندا از همون روال‌ها برای توالی‌یابی و تحلیل DNA میکروبی نمونه‌ها استفاده کردن (هیلاری موریسون، دانشمند MBL، این بخش از کار رو رهبری کرد). این اولین بار بود که یه مجموعه داده یکپارچه فراهم شد که امکان مقایسه بیشتر از ۱۰۰۰ نمونه از ۵۰ اکوسیستم دریایی و زمینی رو ممکن می‌کرد. راف به ایده انجام این مقایسه بزرگ‌مقیاس علاقه‌مند شد. راف می‌گه: «برای اولین بار، می‌تونستیم میکروبیوم‌ها رو مستقیماً با هم مقایسه کنیم، مثلاً رسوبات سطح دریاچه‌های بزرگ رو با رسوبات دو کیلومتر زیر بستر دریا.» و اضافه می‌کنه: «اینجاست که زیبایی این مقاله ترکیبی به وجود میاد.»

تحقیقات بزرگ‌مقیاس مثل این، به همکاری‌های زیادی نیاز دارن، به‌خصوص نویسنده اول مشترک ایزابل هرابه د آنجلیس از مؤسسه ماکس پلانک برای شیمی، که مهارت‌های بیوانفورماتیک اون برای این پژوهش حیاتی بود. علاوه بر اون، دانشمندان دیگه‌ای از آزمایشگاه زیست‌شناسی دریایی (میچل سوگین، هیلاری موریسون، آنا شیپونووا و الکسی موروزوف) به این مقاله کمک کردن، همچنین دانشمندایی از دانشگاه‌های مختلف از جمله آلاباما جنوبی، ایالت اورگان، ETH زوریخ، تنسی-ناکسویل، مینه‌سوتا-دولوت، آزمایشگاه دریایی جزیره دوفین، تولون، کین ماری لندن، ساووا مونت بلان، میشیگان، گورجیا، مؤسسه اقیانوس‌شناسی وودز هول، دویسبورگ-اسن و کالیفرنیا-سان‌فرانسیسکو و آروای اینتلیجِنس.