ميكروب‌ها در اعماق زمين فناناپذير شده‌‌اند

در ماه گذشته، رصدخانه كربن عميق يك واقعيت شگفت‌انگيز را اعلام كرد: مجموع جرم ميكروب‌هايي كه در زير سطح زمين زندگي مي‌كنند، به ۱۵ تا ۲۳ ميليارد تن كربن مي‌رسد كه اين عدد معادل با ۲۴۵ تا ۳۸۵ مرتبه بزرگ‌تر از جرم كربن همه‌ي انسان‌هاي روي كره‌ي زمين است. اين كشف فوق‌العاده در حالي اعلام مي‌شود كه  ما تا چند وقت پيش اصلاً نمي‌دانستيم امكان وجود حيات در اعماق زمين وجود دارد!

اما به انديشه متخصصين مي‌رسد واقعيت تكان‌دهنده‌اي كه در هياهوي انتشار اين خبر گم شد و بسيار مهم‌تر از جرم اين زيست‌توده بوده است، طول عمر اين اكوسيستم عجيب است.

در اواخر دهه‌ي ۱۹۲۰، دانشمندي به‌نام چارلز ليپمن، يك استاد دانشگاه كاليفرنيا در بركلي اين فرضيه را مطرح كرد كه درون صخره‌هاي عمق زمين، باكتري‌ها زندگي مي‌كنند. البته منظور وي باكتري‌هاي فسيل‌شده نبود، بلكه باكتري‌هايي كاملاً زنده بود.

او به اين حقيقت فكر مي‌كرد كه چگونه باكتري‌هاي موجود در آزمايشگاه او نتوانسته بودند پس از ۴۰ سال تحمل شرايط خاك خشك درون بطري‌هايي مهروموم‌شده بار ديگر به زندگي بازگردند. اگر اين موجودات بتوانند براي چهار دهه در چنين شرايطي دوام بياورند، آيا واقعاً مي‌توان محدوديتي براي عمر آن‌ها درانديشه متخصصين گرفت؟

او زغال‌سنگ حاصل از لجن‌هاي باتلاقي را براي آزمايش‌هاي خود برگزيد، شروع به خردكردن تكه‌هاي زغال‌سنگ كرد تا ببيند آيا مي‌تواند ارگانيسمي را بيابد كه قابليت رشد در چنين محيطي را داشته باشد يا خير.

او دريافت كه براي بازگرداندن باكتري‌ها به حيات، حداقل يك دوره‌ي هيدراسيون چندروزه در مايع ضروري است. اگر پودر زغال پس از خيساندن، بلافاصله درون ظرفي حاوي آگار ژلاتيني قرار گيرد، هيچ‌چيز در آن رشد نخواهد كرد.

ليپمن در آزمايش خود از نمونه‌هاي كنترلي استفاده كرد و تمامي اقدامات احتياطي لازم را براي حصول اطمينان از عدم دخالت ساير آلاينده‌ها در فرايند كشت به‌كار گرفت. روش‌هاي سختگيرانه‌ي تميزسازي و استريليزاسيون او براي توده‌هاي خردشده زغال‌سنگ شامل تمامي مراحل خردايش، خيساندن، پخت و فشرده‌سازي تكه‌هاي زغال براي چند ساعت‌ يا چند روز قبل از پودركردن بود. در حقيقت، او حتي دريافت كه حرارت دادن نمونه‌ها در دماي ۱۶۰ درجه‌ي سانتي‌گراد نيز هرگز منجر به مرگ باكتري‌هاي موجود در دل نمونه‌هاي زغال‌سنگ‌ نشده و برعكس، حتي موجب افزايش تحرك آن‌‌ها نيز مي‌‌شد. به انديشه متخصصين مي‌‌رسد كه هرچه نمونه‌‌ها بيشتر پخته مي‌شدند (تا مدت ۵۰ ساعت)، شرايط براي رشدونمو باكتري‌‌ها مساعدتر مي‌‌شد.

ليپمن معتقد بود باكتري‌هايي كه وي از زغال‌‌سنگ استخراج كرده، مشابه باكتري‌‌هاي موجود در روده‌‌هاي ما نيستند. او بر اين باور بود كه طي فرايند تشكيل زغال‌سنگ، باكتري‌ها خشك شده‌ و به‌‌نوعي وارد حالت انگيختگي تعليق‌‌يافته مي‌‌شوند. او در ژورنال علمي باكتريولوژي مي‌‌نويسد:

ميكروارگانيسم‌هاي يافت‌شده در زغال‌سنگ درواقع تنها بازماندگاني هستند كه از زمان تشكيل زغال‌‌سنگ در آن محبوس شده‌اند. اين زغال‌‌سنگ‌‌ها در ابتداي پيدايش خود سرشار از انواع مختلف ميكروارگانيسم‌‌ها بوده‌‌اند.

اين شرايط سخت براي بقا با نام Anhydrobiosis شناخته مي‌‌شود و در حقيقت همان شرايطي است كه برخي موجودات زنده مانند خرس‌هاي آبي توانسته‌‌اند در محيط‌‌ خلأ يا در معرض تشعشعات شديد نيز مقاومت كنند.

زغال‌سنگ‌‌هاي ليپمن از كشور ولز و نيز از پنسيلوانياي آمريكا استخراج شده‌‌ و برخي از آن‌‌ها از عمقي در حدود ۵۵۰ متري زمين به‌‌دست آمده بودند. تلاش‌‌هاي صورت‌‌گرفته طي مطالعات زغال‌سنگ استخراج‌‌شده از ايالت پنسيلوانيا منجر به معرفي يك دوره‌‌ي زمين‌‌شناسي جديدي با نام «پنسيلوانيان» شد. قدمت اين دوره حداقل به يك ميليون سال قبل بازمي‌گردد.

بد نيست بدانيد اين پژوهش‌‌ها در سال ۱۹۳۱ انجام شد. احتمالاً در آن زمان همكاران ليپمن تصور مي‌كردند كه او مشاعر خود را از دست است. اما حالا پس از طي اين سال‌‌ها، به انديشه متخصصين مي‌رسد ليپمن آن‌‌چنان هم بيراه نمي‌‌گفته است. احتمالاً آن‌‌طور كه پيش‌‌ازاين تصور مي‌‌كرديم، مسن‌‌ترين ارگانيسم‌‌هاي روي كره‌‌ي زمين، درختان كاج زبرميوه يا كلوني‌‌هاي صنوبر لرزان نبوده‌‌اند؛ بلكه اين عنوان متعلق به ميكروب‌هاي كوچكي است كه در عمق چند كيلومتري سطح زمين زندگي مي‌‌كنند؛ ميكروب‌‌هايي كه هدف آن‌‌ها برخلاف ساير موجودات زنده، رشد يا تكثير نبوده و تنها مي‌‌خواهند در حداكثر زمان ممكن زنده بمانند.

تعداد فزاينده‌‌اي از مقالات منتشرشده طي دهه‌‌ي اخير نشان مي‌دهد باكتري‌هايي كه در رسوبات، صخره‌ها و شكاف‌هاي زير زمين مدفون شده‌‌اند، عمري بسيار طولاني‌‌تر از تصورات ما داشته‌‌اند.

براي مثال، در اوايل دهه‌‌ي ۱۹۷۰ دانشمندان نشان دادند كه سرعت تنفس باكتري‌‌هايي كه در آبخوان‌ها و رسوبات زندگي مي‌كرده‌اند، بسيار آهسته‌تر از سرعت تنفس ميكروب‌هاي موجود در سطح زمين بوده است و نيز طي پژوهش‌هاي آن سال، نرخ گردش زيست‌توده (يا به‌‌عبارتي زمان لازم براي فرايند جايگزيني مولكول‌ها در يك سلول) چيزي حدود صدها تا هزاران سال تخمين زده شد.

فردريك كلول و استيون دي‌‌هونت در نشريه‌‌اي با نام Nature and Extent of the Deep Biosphere در سال ۲۰۱۳ اين‌‌گونه مي‌‌نويسند:

ما هنوز نمي‌دانيم كه آيا ميكروب‌هاي موجود در اين محيط‌هاي زيرزميني قادر هستند علي‌‌رغم اين نرخ آهسته از گردش زيست‌توده، همچنان تكثير شوند يا خير.

نتايج يك مقاله‌ي منتشرشده در ژورنال  آكادمي ملي علم در سال ۲۰۱۷، حاكي از چگالي كم باكتري‌‌هاي موجود در زغال‌‌سنگ‌‌ها و بسترهاي سنگي ۵ الي ۳۰ ميليون ساله‌‌اي بود كه در عمق دو كيلومتري بستر اقيانوس آرام در ساحل ژاپن يافت شده بودند.

آن‌ها هنوز هم به‌‌صورت فعالانه‌‌اي به زندگي خود ادامه مي‌‌دادند؛ هرچند كه جريان زندگي آن‌‌ها به‌صورت حيرت‌‌انگيزي كند پيش مي‌‌رود. دوره‌‌ي تكثير اين موجودات از ماه‌ها تا بيش از صد سال به درازا مي‌‌كشد و نويسندگان تصديق كردند كه اين برآوردها احتمالاً كوچك‌‌تر از حد واقعي تخمين زده شده‌اند؛ اين در حالي است كه دوره‌‌ي تكثير باكتري اي.كولي چيزي حدود ۱۵ الي ۲۰ دقيقه برآورد شده است.

مطالعه‌‌ي ديگري درمورد ميكروب‌هاي ساكن در رسوبات دريايي نواحي عميق  اقيانوس آرام جنوبي نشان مي‌‌دهد كه هدف سازگاري‌پذيري موجودات در چنين محيط‌‌هايي «رشدونمو» نيست بلكه هدف تنها «زنده ماندن» است. نويسندگان چنين استنباط كردند كه منبع غذايي چنين ميكروب‌هايي تنها همان موادي است كه همراه‌با آن‌ها در اين بسترها دفن شده‌‌اند. حيرت‌‌انگيز اينكه ميزان كربن مصرفي اين باكتري‌‌ها در هر سال فقط دو درصد مقدار كربن موجود در سلول آن‌‌ها است. نويسندگان مي‌‌نويسند:

كشف سلول‌هاي ميكروبي سالم در اين زيستگاه باستاني نشان‌‌دهنده‌‌ي حقايق قابل‌توجهي درمورد ويژگي انطباق‌‌پذيري اين موجودات است.

اين زندگي بي‌‌حاصل چقدر طول مي‌كشد؟ آيا آن‌ها درنهايت از گرسنگي خواهند مرد؟ آيا همان‌‌گونه كه چارلز ليپمن درمورد كشفيات خود درباره‌‌ي زغال‌سنگ‌‌هاي پنسيلوانيا ادعا مي‌كند، اين موجودات واقعاً به حالت تعليق‌يافته‌اي از زندگي درآمده‌‌اند؟ چطور مي‌توان فهميد كه بقاي اين‌گونه‌‌ها تنها وابسته به شرايط خاص توليد زغال‌‌سنگ‌‌ها نبوده است؟

شواهد همچنين نشان مي‌‌دهند كه اين باكتري‌هاي محروم از مواد مغذي، درواقع «زامبي‌‌هاي ميكروبي» نيستند. برعكس، مطالعات متعدد نشان داده‌اند كه وقتي اين ميكروب‌هاي زيرزميني در محيط‌هاي مساعدتري قرار مي‌گيرند، به‌سرعت احيا مي‌شوند.

به‌‌طور كلي، اين يافته‌ها آن‌‌قدرها هم كه به انديشه متخصصين مي‌‌رسد غيرمنطقي نيستند؛ چراكه ميكروب‌هاي مدفون در زير سطح زمين از گزند تابش‌هاي كيهاني نيز مصون هستند. اين نكته از آن جهت اهميت دارد كه بدانيم اين تابش‌‌ها همواره به‌‌عنوان يكي از عوامل مرگبار براي حيات باكتري‌‌ها محسوب مي‌‌شوند. وجود لايه‌‌ي ضخيم از آب، رسوبات و صخره‌‌ها مانع از رسيدن اين تشعشعات به محل زيست اين باكتري‌ها مي‌‌شود (تشعشعات كيهاني كه به سطح زمين مي‌‌رسند تنها مي‌‌تواند به عمق چند ده متري بسترهاي سنگي نفوذ كنند). تشعشعات رسيده به سطح زمين، به‌‌صورت مداوم DNA ارگانيسم‌‌هاي ساكن روي سطح زمين را دستخوش جهش‌‌هاي ژنتيكي پي‌‌در‌‌پي مي‌‌كند.

بد نيست بدانيد كه مطابق فرضيه پان‌‌اسپرميا، بذر اوليه‌‌ي زندگي در جهان توسط خرده سياره‌ها در نقاط مختلف جهان منتشر شده است. اين فرضيه همواره با مخالفت‌‌هاي بسياري مواجه بوده است؛ بااين‌حال، يافته‌‌هاي اخير همراه‌با كشفيات پيشين درمورد قدمت بسيار زياد حيات روي سياره‌‌ي زمين، شايد موجب تقويت چنين فرضيه‌‌ي بنياديني شود. به هر حال، فضا بسيار گسترده است و حيات نيز اشكال بسيار مقاومي دارد.

در مجموع، اين‌‌گونه به انديشه متخصصين مي‌رسد كه پوسته‌‌ي زمين آكنده از باكتري‌‌هاي باستاني هستند كه گويي در حالت «صرفه‌جويي انرژي» به خوابي عميق فرو رفته‌‌اند تا اينكه بتوانند در موعد مقرر بار ديگر به زندگي بازگردند. شگفت‌‌انگيز است؛ موجوداتي فناناپذير مدفون در اعماقي تاريك، بدون هوا، در سكوت و با حداقل مواد غذايي و اكسيژن همچنان زنده‌‌اند.

اگر حق با چارلز ليپمن باشد، اين بدان معني است كه هنوز انواعي از سلول‌هاي باكتريايي در دل سياره‌‌ي ما حضور دارند كه احتمالاً زندگي خود را در ۵۰ ميليون سال قبل از پيدايش دايناسورها آغاز كرده‌‌اند؛ سلول‌‌هايي كه بالاخره روزي به حيات بازخواهند گشت. اين مي‌‌تواند حقيقتي نفس‌‌گير براي تمام پژوهشگران تاريخ علم حيات باشد.

اما اين موجودات براي رسيدن به چنين قابليت حيرت‌‌انگيزي، تاوان سختي پرداخته‌‌اند. فراموش نكنيد اين فناناپذيري به‌‌بهاي تحمل محدوديتي سخت، خارج از تصور و بي‌پايان تمام شده است.