Επιστήμονες ‘ξαναξύπνησαν’ αρχαίους μικροοργανισμούς από παγετό — και ανακαλύπτουν ότι αρχίζουν να εκλύουν CO2
Μικροοργανισμοί που έχουν παραμείνει ενταγμένοι σε μόνιμο πάγο για έως και 40.000 χρόνια θα μπορούσαν να “ξαναξυπνήσουν” και να αρχίσουν να εκλύουν αέρια του θερμοκηπίου αν οι καλοκαίρι της Αρκτικής γίνουν πολύ πιο μακριά, προτείνει νέα έρευνα.
Σύμφωνα με μελέτη που δημοσιεύθηκε στις 23 Σεπτεμβρίου στο Journal of Geophysical Research: Geosciences, οι μικροοργανισμοί που έχουν παραμείνει ανενεργοί από την τελευταία παγετώδη εποχή (2.6 εκατομμύρια έως 11.700 χρόνια πριν) μπορεί να χρειαστούν μόνο μερικούς μήνες για να ενεργοποιηθούν σε μελλοντικές κλιματικές συνθήκες. Αν συμβεί αυτό ακόμα και για ένα μέρος του έτους, οι επιστήμονες προειδοποιούν ότι αυτό θα μπορούσε να προκαλέσει έναν κύκλο ανατροφοδότησης που θα επιταχύνει την τήξη του μόνιμου πάγου και την παγκόσμια θέρμανση.
Ο μόνιμος πάγος είναι ένα μείγμα από χώμα, πέτρες και πάγο που είναι παγωμένο σφιχτά για τουλάχιστον δύο χρόνια συνεχόμενα. Μια ζέστη μπορεί να λιώσει το πιο επιφανειακό στρώμα του μόνιμου πάγου, που είναι γνωστό ως ενεργό στρώμα, αλλά οι αρχαίοι μικροοργανισμοί κρύβονται πολύ πιο βαθιά, σε στρώματα που λιώνουν μόνο αν οι θερμοκρασίες αυξηθούν σημαντικά και για παρατεταμένες περιόδους. Για τη νέα μελέτη, οι ερευνητές ταξίδεψαν στην Αλάσκα, όπου ο μόνιμος πάγος υποστηρίζει το 85% της γης.
“Μπορεί να έχεις μια μόνο ζεστή μέρα το καλοκαίρι της Αλάσκας, αλλά αυτό που έχει πολύ περισσότερο σημασία είναι η παράταση της καλοκαιρινής περιόδου μέχρι να επεκταθούν αυτές οι θερμές θερμοκρασίες και στο φθινόπωρο και την άνοιξη,” δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Tristan Caro, μεταδιδακτορικός ερευνητής γεωβιολογίας στο Caltech.
Ο Caro και οι συνεργάτες του συγκέντρωσαν δείγματα από την Έρευνα Μόνιμου Πάγου κοντά στο Φέρμπανκς. Η σήραγγα βρίσκεται 50 πόδια (15 μέτρα) κάτω από το έδαφος και επεκτείνεται σε περισσότερα από 350 πόδια (107 μέτρα) μέσα στον μόνιμο πάγο, προσφέροντας μια ματιά στη ζωή κατά την τελευταία εποχή του Πλειστοκαίνου (129.000 έως 11.700 χρόνια πριν).
Σκοπός τους ήταν να προσδιορίσουν τη διαδικασία επαναφοράς και τους ρυθμούς ανάπτυξης στους μικροοργανισμούς που ζούσαν κατά τη διάρκεια αυτού του χρόνου. Αλλά καθώς ο Caro εισήλθε στη σήραγγα, παρατήρησε επίσης οστά μάμμουθ και βισώνων που προεξείχαν από τους παγωμένους τοίχους.
“Το πρώτο πράγμα που παρατηρείς όταν μπαίνεις εκεί είναι ότι μυρίζει πολύ άσχημα,” είπε ο Caro, ο οποίος πραγματοποίησε την έρευνα ως φοιτητής στο Πανεπιστήμιο του Κολοράντο στο Boulder. “Για έναν μικροβιολόγο, αυτό είναι πολύ συναρπαστικό γιατί οι ενδιαφέροντες οσμές είναι συχνά μικροβιακές.”
Ξαναγυρίζοντας στο εργαστήριο, οι ερευνητές βύθισαν τα δείγματα σε νερό που περιείχε ασυνήθιστα βαριά άτομα υδρογόνου, γνωστά και ως δευτέριο. Στη συνέχεια, επωάστηκαν τα δείγματα σε ψυγεία που ρυθμίστηκαν σε 25, 39 ή 54 βαθμούς Φαρενάιντ (μείον 4, 4 και 12 βαθμοί Κελσίου) και εξέταζαν τακτικά τις αλλαγές στη μικροβιακή δραστηριότητα.
“Θέλαμε να προσομοιώσουμε τι συμβαίνει σε ένα καλοκαίρι της Αλάσκας, υπό μελλοντικές κλιματικές συνθήκες όπου αυτές οι θερμοκρασίες φτάνουν σε βαθύτερες περιοχές του μόνιμου πάγου,” είπε ο Caro.
Ένα μήνα μετά την πειραματική διαδικασία, η ομάδα δεν παρατήρησε πολλές αλλαγές, ακόμα και στα δύο θερμότερα δείγματα. Μια χούφτα μικροοργανισμών είχε ξυπνήσει από τον μακρύ ύπνο τους, αλλά μόλις το 0.001% έως 0.01% των κυττάρων αντικαταστάθηκε καθημερινά από νέα, ενεργά.
Στους μήνες που ακολούθησαν, ωστόσο, όλα άλλαξαν. Το δευτέριο στα δείγματα επέτρεψε στους ερευνητές να παρακολουθούν πόσο νερό κατανάλωναν οι μικροοργανισμοί για να χτίσουν τις λιπαρές μεμβράνες γύρω από τα κύτταρά τους. Αυτό αποκάλυψε ότι οι αρχαίοι οργανισμοί παρήγαγαν κατά προτίμηση λιπαρά οξέα που ονομάζονται γλυκολιπίδια, τα οποία οι ερευνητές πιστεύουν ότι μπορεί να εμπλέκονται στην κρυοσυντήρηση.
Έξι μήνες μετά την πειραματική διαδικασία, οι μικροοργανισμοί που επωάστηκαν στους 39 F και 54 F είχαν υποστεί “δραματικές” αλλαγές στη δομή της κοινότητας και στα επίπεδα δραστηριότητας, σύμφωνα με τη μελέτη. Τα δείγματα ήταν λιγότερο ποικιλόμορφα από τα ενεργά στρώματα του μόνιμου πάγου, αλλά οι μικροοργανισμοί ήταν τόσο δραστήριοι όσο οι πιο σύγχρονοι αντίστοιχοί τους, ακόμη και παράγοντας κολλώδεις δομές που ονομάζονται βιοφίλμ, οι οποίες ήταν ορατές με γυμνό μάτι.
“Αυτά δεν είναι καθόλου νεκρά δείγματα,” είπε ο Caro.
Περίπου το 85% της γης στην Αλάσκα υποστηρίζεται από μόνιμο πάγο, ο οποίος λιώνει με ανησυχητικούς ρυθμούς.
Τα αποτελέσματα έχουν συνέπειες για την Αρκτική και το κλίμα της Γης ευρύτερα, καθώς οι μικροοργανισμοί στον μόνιμο πάγο επιβιώνουν σε οργανική ύλη, την οποία μετατρέπουν σε διοξείδιο του άνθρακα και μεθάνιο. Οι παγκόσμιες θερμοκρασίες αυξάνονται ταχύτερα στην Αρκτική από οποιοδήποτε άλλο μέρος του κόσμου, τήκοντας τον μόνιμο πάγο με ανησυχητικούς ρυθμούς και για όλο και μεγαλύτερες χρονικές περιόδους. Καθώς οι καλοκαιρινοί μήνες στην Αρκτική γίνονται πιο μακρινοί και οι θερμοκρασίες ανέρχονται σε βάθινα στρώματα, οι αποικίες των αρχαίων μικροοργανισμών θα μπορούσαν να ξυπνήσουν και να αρχίσουν να εκλύουν άνθρακα.
Ο μόνιμος πάγος σε βόρεινες περιοχές κρατά αυτή τη στιγμή περίπου διπλάσιο από το διοξείδιο του άνθρακα που υπάρχει στην ατμόσφαιρα της Γης, επομένως οι μαζικές απελευθερώσεις θα μπορούσαν να συμβάλουν σημαντικά στην κλιματική αλλαγή. Αυτό θα επιταχύνει την τήξη του μόνιμου πάγου, προκαλώντας έναν κακό κύκλο θερμασίας, περισσότερη τήξη και περισσότερη θερμότητα.
“Είναι ένα από τα μεγαλύτερα άγνωστα σχετικά με τις κλιματικές αντιδράσεις,” δήλωσε ο συνεργάτης της μελέτης, Sebastian Kopf, αναπληρωτής καθηγητής γεωλογικών επιστημών στο Πανεπιστήμιο του Κολοράντο στο Boulder. “Πώς θα επηρεάσει η τήξη όλης αυτής της παγωμένης γης, όπου γνωρίζουμε ότι υπάρχει ένας τόνος άνθρακα αποθηκευμένος, την οικολογία αυτών των περιοχών και το ρυθμό της κλιματικής αλλαγής;”
Αλλά η μελέτη εξέτασε μόνο αρχαίους μικροοργανισμούς από μία τοποθεσία, και οι μικροοργανισμοί σε άλλες περιοχές μπορεί να αντιδρούν διαφορετικά στη θέρμανση, παρατήρησαν οι ερευνητές.
“Υπάρχει τόσος πολύς μόνιμος πάγος στον κόσμο — στην Αλάσκα, τη Σιβηρία και σε άλλες βόρειες ψυχρές περιοχές,” είπε ο Caro. “Έχουμε ερευνήσει μόνο μια μικρή φέτα από αυτό.”