Vědci nalezli mikroorganismy i v hlubinách pod dnem moře

Výňatek z citovaného článku (MFD, 15. 10. 96) zní: Rozbor jader z vrtů 750 m pod dnem Atlantického oceánu v hloubce 3,5 km ... odhalil formy života odtržené od zbytku přírodního světa před miliony let... Objevené bakterie dokazují existenci života v extrémních podmínkách, kde tlak převyšuje čtyřsetkrát tlak při hladině moře a kde teploty dosahují 170 oC.

Pomineme novinářské výrazivo (co to je „zbytek přírodního světa“?) a budeme se věnovat meritu věci. Zpráva je pravdivá, ale nikterak senzační. První zprávy o bakteriích z velkých hloubek zemské kůry pocházejí už z třicátých let (viz publikaci [2]). Byl však problém dokázat, že bakterie opravdu v těchto profilech žijí, tj. že tam nebyly zavlečeny z povrchu vrtacím zařízením a chladicí vodou. Od začátku devadesátých let se objevilo už několik prací, které zavlečení z povrchu vylučují: jednak proto, že se dbalo na minimalizaci rizika, ale hlavně proto, že vlastnosti izolovaných bakterií (jde vždy o bakterie z obou bakteriálních říší, tj. Eubacteria i Archaea) se radikálně liší od vlastností těch bakterií, které snad mohly kontaminovat vrtnou soupravu.

Dnes už asi není nutno zvedat obočí při zmínce o extrémních fyzikálních podmínkách. Vysoké tlaky nejsou pro život žádnou překážkou a vysoké teploty, pokud při nich voda zůstává v kapalném stavu, nevadí např. hypertermofilním bakteriím (viz třeba bakterii s krásným jménem – i to se někdy povede – Pyrrhococcus furiosus). Bakterie izolované z okolí hlubokomořských vývěrů (tzv. černé komíny na dně oceánů v hloubce kolem 4 km) snadno rostou v laboratoři při 110 – 120 stupních. Je otázka, jestli vydrží i více – těsně u ústí komínu je voda teplá až 300 ^oC, ale zkuste takové podmínky napodobit v laboratoři (a udržet je po mnoho dní – ty bakterie rostou velmi pomalu). Samozřejmě lze odebrat vzorek vody a hledat v něm bakterie, ale to zase nevíte, zda v tom prostředí žijí, nebo se tam jen připletly.

Když tedy vyloučíme kontaminaci zvenčí a připustíme, že pekelné podmínky lze vydržet, ptejme se, jaké jsou to organizmy, jak se tam dostaly a z čeho tam žijí. K dispozici mají okolní zvodněnou horninu. V prvním přiblížení se musíme ptát, jak získávají organický uhlík a co je pro ně zdrojem energie – teplo to není (viz též Sběrači joulů, Vesmír 71, 305, 1992/6.)

• Jaké jsou to organizmy? Když je odebereme z přírodního materiálu a podaří se nám je vůbec pod mikroskopem najít (je jich tam málo), uvidíme tyčinky, kuličky, ještě tak spirochety – tvarovou variabilitou bakterie neoplývají. Analýzou izolovaného genetického materiálu bychom asi zjistili, že jsou tam desítky druhů. Jaké jsou jejich metabolické vlastnosti, popř. jaká je jejich role v ekosystému, se však dovíme jen tak, že tyto izoláty vysejeme na živné půdy a budeme doufat, že na nich porostou. Naděje je nízká – i po mnoha letech výzkumu se daří kultivovat v laboratoři odhadem jen as 1 – 5 % bakterií přítomných v tak běžných biotopech jako mořská voda, sediment nebo půda. Ty pak můžeme určit a studovat jejich fyziologii. O těch ostatních, co odmítají růst, protože jsme jim buď nenabídli vhodnou živnou půdu, nebo rostou jen v symbiózách s jinými bakteriemi, se toho mnoho neví. U bakterií z hlubokých vrtů pak musíme kultivaci provádět v zařízení připomínajícím sterilizační autokláv. Něco nám vyroste.

• Kde se vzaly? Než se do těchto hloubek dostane voda z povrchu, tak to trvá časo desetitisíce let a je dokonale profiltrována, takže pravidelné zavlečení bakterií z povrchu nepřipadá v úvahu. Bakterie se tam tedy mohly dostat buď během ukládání sedimentů (pokud jde o sedimentární horniny), nebo náhodnými procesy (puklinami v zemské kůře apod.). Zdá se, že tyto ekosystémy jsou naprosto izolované a nepřijdou do styku se životem na povrchu po celé desítky milionů let. Jako každé vězení, mají i ony výhodu – dlouhodobou stabilitu a neměnné podmínky.

• Organický uhlík může být přítomen v sedimentech ve formě ropy nebo tzv. kerogenu, uhlíkaté příměsi hornin nebo rozpuštěné organické látky přinese voda. V krystalických horninách jako žula nebo čedič tyto zdroje chybějí, a tak je nutno přistoupit k asimilaci oxidu uhličitého – k chemoautotrofii.
• Zdrojem energie k výstavbě těla, popřípadé k asimilaci CO₂, jsou oxidačněredukční reakce. V našem těle oxidují organické látky a konečným reduktantem je kyslík. Energetický zisk z tohoto procesu je vysoký. V hlubinách však jsou organické látky jen někde a kyslík nikde, takže obyvatelé těchto prostředí musí hledat jiné oxidačněredukční články – a dělají to s velkou vynalézavostí. Kromě organických látek lze oxidovat např. vodík H₂, metan, sulfan SH₂, síru, ionty Fe²⁺, Mn²⁺ a další. Jako oxidanty (akceptory elektronů) mohou sloužit např. sírany, CO₂, síra, Fe³⁺, Mn⁴⁺, nebo H⁺, vzácně i produkty fermentace. Z této nabídky se dle podmínek sestaví dvojice tak, aby něco oxidovalo a něco se redukovalo a při tom se uvolnil alespoň ždibec energie (často nepatrný zlomek toho, co se získá kombinací organická látka – kyslík). Uvedu tři příklady:
• Z naftových vrtů na Aljašce z hloubky okolo 1 700 m (je tam teplota kolem 70 ^oC) byla opakovaně izolována komunita bakterií [1], které (pochopitelně) oxidují uhlovodíky z ropy pomocí nejrůznějších sloučenin síry (s oxidačním stupněm vyšším než -2).
• Z čedičového příkrovu (tloušťky 3 – 5 km) kolem řeky Columbia v Oregonu byly izolovány bakterie [2], které dovedou žít asi v nejchudším možném biotopu na světě. V laboratoři rostou na „živné půdě“ z drceného čediče, vody a CO₂, a v přirozeném prostředí to asi není o nic lepší! Jedinou oxidovatelnou látkou v tomto prostředí je vodík, který vzniká reakcí vody se sloučeninami železa v hornině. Akceptorem elektronů může být CO₂ rozpuštěný ve vodě (metanogeneze nebo acetogeneze), nebo sírany či trojmocné sloučeniny železa.
• Ze švédské žuly z hloubek 3 500 m a níže (teplota 60 – 70 ^oC) byly izolovány podobné komunity jako v předchozím případě [3]. Zde ovšem byly do kultivačního média přidány organické látky (většinou cukry), takže co je potravou těchto bakterií in situ, to se

  zatím neví. Autoři tipují na vulkanické plyny obsahující vodík, sulfan, CO, a jako zdroj uhlíku CO₂. Jako akceptor elektronů se bakteriím nelíbil ani CO₂, ani sloučeniny síry, brali jen hematit Fe₂O₃, který redukují na FeS, nebo snad dokonce jen na magnetit Fe₃O₄!

Noticka v MFD obsahuje i větu: Objev života v hlubinách Země zvýšil pravděpodobnost, že podobné mikroorganismy mohou žít v hlubinách planet. Nevím, jak se tímto objevem mohla „zvýšit pravděpodobnost“ astrobiologických úkazů, nanejvýš to ukazuje, že litoautotrofní organizmy zde na Zemi mohou vytvářet stabilní společenstva. Úvahy o tom, zda tyto izolované, zhusta na fotosyntéze zcela nezávislé ekosystémy představují specializaci na extrémní podmínky, nebo naopak vypovídají něco o rané evoluci života na naší planetě, ponechme na jindy.