میکروب‌های زیرزمینی: دنیایی پنهان در چاه‌های عمیق و معادن طلا!

میکروب‌های پنهان در ژرفای زمین

چه نوع موجودات ذره‌بینی تو دل زمین، تو تاریکی محض، زندگی می‌کنن؟ منظورم جاهایی مثل معادن طلا، سفره‌های آب زیرزمینی، و حتی چاه‌های عمیق ته دریاست. این ریزجاندارا با بقیه‌ی میکروب‌هایی که روی سطح زمین، چه تو خشکی و چه تو دریا، هستن چه فرقی دارن؟ یه تحقیق جهانی جامع که به این سوال بزرگ جواب داده، تو آزمایشگاه زیست‌شناسی دریایی (MBL) در وودز هول انجام شده و نتایجش نشون می‌ده که توی بعضی از محیط‌های زیرسطحی، یعنی تا عمق ۴۹۱ متری زیر بستر دریا و تا ۴۳۷۵ متری زیر زمین، یه تنوع میکروبی فوق‌العاده‌ای وجود داره. این کشف نه تنها نشون می‌ده که ذخایر عظیمی از موجودات دست‌نخورده وجود داره که می‌شه ازشون ترکیبات و داروهای جدید پیدا کرد، بلکه بهمون کمک می‌کنه بفهمیم سلول‌ها چطور با محیط‌های کم‌انرژی سازگار می‌شن و حتی دریچه‌ای به سمت جستجوی حیات فرازمینی باز می‌کنه.

این تحقیق که توسط امیل روف، دانشمند همکار MBL، رهبری شده، این هفته تو مجله‌ی Science Advances منتشر شده. روف می‌گه: «معمولا این‌طور فکر می‌کنیم که هر چی عمیق‌تر بریم تو زمین، انرژی کم‌تری در دسترسه و در نتیجه تعداد سلول‌هایی که می‌تونن زنده بمونن کم‌تره. در حالی که هرجا انرژی بیشتر باشه، تنوع هم بیشتر می‌شه و می‌تونه حفظ بشه؛ مثل جنگل‌های استوایی یا صخره‌های مرجانی که اون‌جا نور و گرما فراوونه.»

اون ادامه می‌ده: «اما ما نشون دادیم که تو بعضی از محیط‌های زیرسطحی، تنوع می‌تونه به راحتی با تنوع سطح زمین رقابت کنه و حتی از اون پیشی بگیره. این موضوع به‌خصوص در مورد محیط‌های دریایی و میکروب‌های قلمرو آرکئا صدق می‌کنه.» این تحقیق گسترده که ۸ سال طول کشید، یکی از اولین مطالعاتیه که تنوع و ترکیب میکروبی رو تو محیط‌های دریایی و خشکی با هم مقایسه کرده.

تفاوت‌های میکروبیوم‌های دریایی و خاکی

روف می‌گه: «به گیاه‌ها و حیوونا نگاه کنید؛ خیلی کم پیش میاد که یه موجود به هر دو محیط دریایی و خاکی سازگار شده باشه. یه استثنا می‌تونه ماهی سالمون باشه.» اون اضافه می‌کنه: «سوال جالب اینه که آیا این موضوع برای میکروبا هم صدق می‌کنه؟» بله، به این نتیجه رسیدن که میکروبیوم‌های دریایی و خاکی از نظر ترکیب خیلی با هم فرق دارن، در حالی که تنوع‌شون تقریبا یکسانه. روف می‌گه: «به نظر می‌رسه یه قانون بوم‌شناختی جهانی وجود داره. یه مرز واضح بین موجودات زنده تو محیط‌های دریایی و خاکی هست، نه فقط روی سطح، بلکه زیر سطح هم. فشارای انتخابی تو خشکی و دریا خیلی فرق دارن و همین باعث می‌شه موجودات مختلفی انتخاب بشن که توی هر دو محیط، زندگی سختی دارن.»

زندگی تو اعماق، تاریکی و آرامش

روف می‌گه: «اولین بار که دانشمندا فهمیدن یه مخزن بزرگ از میکروبا درست زیر پای ما وجود داره، یعنی کیلومترها تو سنگ و زیر بستر دریا، برمی‌گرده به اواسط دهه ۱۹۹۰.» حالا دانشمندا تخمین می‌زنن که بین ۵۰ تا ۸۰ درصد از سلول‌های میکروبی زمین، تو زیرسطح زندگی می‌کنن؛ جایی که دسترسی به انرژی خیلی کمتر از سطح آفتابیه. روف می‌گه: «با این تحقیق، حالا می‌تونیم بفهمیم که شاید نصف تنوع میکروبی زمین، تو زیرسطحه. و جالبه که تو این محیط‌های کم‌انرژی، انگار زندگی به کمترین حد خودش رسیده.»

یادگرفتن از میکروب‌های زیرسطحی

بر اساس برآوردها، بعضی از سلول‌های زیرسطحی به‌طور متوسط هر ۱۰۰۰ سال یه بار تقسیم می‌شن. یعنی این میکروبا زمان‌های زندگی کاملا متفاوتی دارن و ما می‌تونیم ازشون درباره‌ی پیری چیزایی یاد بگیریم. راوف می‌گه: «واسه زنده موندن تو زیرسطح، منطقیه که از نظر تکاملی جوری سازگار بشی که نیازات به انرژی رو به حداقل برسونی و هر بخش از سوخت و سازت رو بهینه‌سازی کنی تا بیشترین بازدهی انرژی رو داشته باشه.» اون همچنین اضافه می‌کنه: «ما می‌تونیم از این موضوع یاد بگیریم که چطور تو شرایطی که تقریبا هیچی نداری، خیلی کارآمد باشی.»

اگه مریخ یا سیارات دیگه تو بعضی از دوره‌های تاریخیشون آب مایع داشتن (و شواهدی هست که نشون می‌ده مریخ این‌طور بوده)، اکوسیستم‌های سنگی در عمق ۳ کیلومتری سطحش خیلی شبیه به اکوسیستم‌های روی زمین می‌شن، راوف می‌گه. «انرژی اون‌جا خیلی کم خواهد بود و زمان نسل موجودات خیلی طولانی. فهمیدن زندگی عمیق تو زمین می‌تونه یه الگو باشه برای این‌که بفهمیم آیا زندگی تو مریخ بوده و هنوز هم زنده مونده یا نه.»

چرا این تحقیق موفق شد، در حالی که بقیه نتونستن

تحقیقات درباره‌ی زندگی میکروبی تو نقاط مختلف سطح و زیرسطح زمین چیز جدیدی نیستن و کم هم نیستن. اما راوف می‌گه جمع کردن اطلاعات این تحقیقات سخت بود و حتی غیرممکن، چون روش‌های تحقیقی که گروه‌های مختلف استفاده می‌کردن با هم فرق داشت. ولی این تحقیق از سال ۲۰۱۶ شروع شد، وقتی راوف، که اون موقع محقق پسادکترا بود، تو یه جلسه‌ی سرشماری زندگی عمیق شرکت کرد. این پروژه که توسط میتچل سوگین، دانشمند ارشد MBL، رهبری می‌شد، به بررسی زندگی میکروبی زیرسطحی پرداخته بود.

واسه این سرشماری، گروه‌های تحقیقاتی از سراسر دنیا نمونه‌های زیرسطحی رو به MBL فرستادن، و اون‌جا دانشمندا از یه سری روش‌های یکسان برای توالی‌یابی و تحلیل DNA میکروبی نمونه‌ها استفاده کردن (این بخش از کار توسط هیلاری موریسون، دانشمند MBL، رهبری می‌شد). این اولین باری بود که یه مجموعه‌داده‌ی یکپارچه‌ای فراهم شد که امکان مقایسه‌ی بیش از ۱۰۰۰ نمونه از ۵۰ اکوسیستم دریایی و خاکی رو فراهم می‌کرد، و راوف به ایده‌ی انجام این مقایسه‌ی بزرگ علاقه‌مند شد. روف می‌گه: «برای اولین بار، تونستیم میکروبیوم‌ها رو مستقیما با هم مقایسه کنیم، مثلا رسوبات سطح دریاچه‌های بزرگ رو با رسوبات دو کیلومتر زیر بستر دریا مقایسه کنیم.» و ادامه می‌ده: «این‌جاست که زیبایی این مقاله‌ی ترکیبی معلوم می‌شه.»

تحقیقات بزرگ مثل این به همکاریای زیادی نیاز داره، به‌خصوص همکاری ایزابل هراپه د آنجلیس از موسسه‌ی ماکس پلانک برای شیمی، که مهارت‌های بیوانفورماتیکش برای این تحقیق حیاتی بود. علاوه بر این، دانشمندای دیگه‌ای از آزمایشگاه بیولوژیکی دریایی (میتچل سوگین، هیلاری موریسون، آنا شیپونووا و الکسی مورو زوف) هم تو این مقاله مشارکت داشتن، هم‌چنین دانشمندایی از دانشگاه آلابامای جنوبی، دانشگاه ایالت اورگان، ETH زوریخ، دانشگاه تنسی-ناکسویل، دانشگاه مینه سوتا-دولوت، آزمایشگاه دریایی جزیره دوفین، دانشگاه تولون، دانشگاه کوئین ماری لندن، دانشگاه ساوی مونت بلان، دانشگاه ایالت میشیگان، دانشگاه جورجیا، موسسه اقیانوس‌شناسی وودز هول، دانشگاه دویسبورگ-اسن و دانشگاه کالیفرنیا-سان‌فرانسیسکو و آروای اینتلیجنس.

“`