Dołącz do czytelników
Brak wyników

Ekosystem

16 lipca 2018

NR 23 (Wrzesień 2017)

Co lód morski i jego mieszkańcy mogą nam powiedzieć o życiu na innych planetach?

0 153

Mikroorganizmy zdominowały wszystkie dostępne siedliska na naszej planecie. Możemy je znaleźć w mroźnych regionach polarnych, wysokich pasmach górskich, kopalniach, głębinach oceanów. Żyją też w miejscach, które na pierwszy rzut oka wydawałyby się niezasiedlone przez żadne organizmy, jak jeziora ukryte w lodowcach izolowane nawet 5 mln lat od środowiska czy skały – tak, skały! Endolity to grupa organizmów żyjących wewnątrz skał. Coraz więcej słyszy się w mediach na temat lodowców na biegunach Marsa czy oceanów przykrytych grubą warstwą lodu na księżycu Jowisza – Europie. Jakich analogii możemy się doszukać między tym, co żyje na Ziemi, i tym, co potencjalnie mogłoby żyć na pokrytym lodem Księżycu?

Astrobiologiczne źródła inspiracji

Czy istnieje życie na innych planetach? Odpowiedzi nie poznamy pewnie długo. Zresztą jest to pytanie o naturze filozoficznej – takie samo jak to, czy jesteśmy sami. Każdy może wyrażać swoje zdanie na ten temat, ale bez czystych dowodów empirycznych raczej nikt ostatecznie na to pytanie nie odpowie. Z pewnością są miejsca w naszej galaktyce, gdzie warunki mogłyby sprzyjać powstaniu prostych form życia. Są to m.in. księżyce Saturna oraz Jowisza, takie jak Europa, Tytan czy Enceladus. Pod grubą kilkukilometrową powierzchniową warstwą lodu dzielącą wnętrze księżyców od nieprzyjaznej przestrzeni kosmicznej ukrywają się oceany. Wiele dowodów wskazuje, że dno tych miejsc jest aktywne geotermalnie i mogłyby występować tam kominy hydrotermalne. Jak wiemy, proces abiogenezy, czyli samoistnego powstania życia z martwej materii, miał miejsce na Ziemi najprawdopodobniej właśnie przy kominach hydrotermalnych. Niektórzy uważają także, że energia geotermalna na Marsie może wpływać na topnienie czap lodowych zlokalizowanych na biegunach i tym samym formować odpowiednie warunki do powstania lub też utrzymania życia w strefach pod lodowcami. Teoretycznie ekosystemy solankowe zlokalizowane w lodzie morskim w Antarktyce czy Arktyce mogłyby stanowić analogię astrobiologiczną do ekosystemów na księżycach, takich jak Enceladus czy Europa. Przecież ekosystemy subglacjalne, czyli te zlokalizowane pod lodowcami – ciemne, zimne i bez tlenu – teoretycznie mogłyby występować na Marsie. Ile w tym wszystkim jest prawdziwego science, a ile fiction? Na początek przyjrzyjmy się Europie i Enceladusowi.

Europa

Europa to czwarty co do wielkości księżyc Jowisza. Badania spektroskopowe oraz pola magnetycznego, a także obserwacje geomorfologiczne wskazują, że pod grubą warstwą lodu znajduje się ocean, który ma bezpośredni kontakt z podłożem księżyca. W zasadzie ciepło z interioru planety może ogrzewać dno, co z kolei może prowadzić do wielu nieprzewidywalnych reakcji chemicznych. Według naukowców zajmujących się Europą reakcje te mogą być porównywalne z tymi zachodzącymi na dnie oceanów przy, już wyżej wspomnianych, kominach hydrotermalnych. Niestety oszacowanie grubości lodu na Europie oraz zawartości wody pod nim jest niezwykle trudne. Uważa się, że grubość lodu na powierzchni Europy może wynosić od 3 do nawet 30 km. Ocean na Europie może mieć głębokość do 100 km z zawartością NaCl bliską poziomu wysycenia. Najnowsze modele dotyczące ewolucji termicznej Europy wskazują jednak, że ocean ten powinien być dobrze wymieszany, a zawartość soli może być porównywalna z naszymi ziemskimi oceanami. Tak jak w lodzie morskim, tak też w tym na Europie najprawdopodobniej tworzą się ekosystemy w szczelinach lodu, które są wypełnione siarczanem magnezu (MgSO4) siarczanem sodu (Na2SO4) oraz węglanem sodu (Na2CO3). Jeśli chodzi o powierzchnię planety, jest ona z pewnością nieprzyjazna dla form życia (przynajmniej takich, które znamy). Atmosfera jest bardzo rzadka, z ciśnieniem wynoszącym zaledwie 1 mikropaskal. Tlen znajduje się na powierzchni, w związkach takich jak H2O2, H2SO4, CO2. Na powierzchni Europy widoczne są czerwono-brązowe pasma. Najprawdopodobniej jest to materiał pochodzący z oceanu znajdującego się pod lodem. Mogą to być także substancje wyrzucane z solanek uwięzionych w warstwie lodu. Niewątpliwie Europa to ciekawy „kąsek” dla naukowców.

Teoretycznie ekosystemy solankowe zlokalizowane w lodzie morskim w Antarktyce czy Arktyce mogłyby stanowić analogię astrobiologiczną do ekosystemów na księżycach, takich jak Enceladus czy Europa. Przecież ekosystemy subglacjalne, czyli te zlokalizowane pod lodowcami – ciemne, zimne i bez tlenu – teoretycznie mogłyby występować na Marsie.

Enceladus

Enceladus to szósty pod względem wielkości księżyc Saturna. Księżyc ten to tak naprawdę niewielka piłeczka w naszym układzie słonecznym. Jego średnica wynosi zaledwie 500 km, czyli jest mniejszy od naszego księżyca o 7 razy. Jedną z głównych cech Enceladusa, które wzbudzają zainteresowanie naukowców, jest tak zwany kriowulkanizm związany z wyrzucaniem cząsteczek lodu z bieguna południowego w przestrzeń kosmiczną. Wyziewy gazowe to głównie para wodna, ale także ok. 5% CO2, 1% CH4 i 1% amoniaku (NH3). Wyrzucany lód to głównie zamarznięta woda, ale także kryształy soli czy krzemionki. Obserwacje tych wszystkich związków wyraźnie wskazują na obecność wody pod powierzchnią lodu. Szczegóły dotyczące tego, jak woda wciąż pozostaje w stanie ciekłym na tak małym Księżycu, pozostają niejasne. Niektórzy badacze uważają, że ma to związek z nietypową orbitą księżyca. Na dnie księżyca woda teoretycznie może osiągać temperaturę ponad 90oC z silnie zasadowym pH większym niż 8,5.

Poszukiwania analogii astrobiologicznych w lodzie morskim

Lód morski to jeden z biomów na naszej planecie. Niewątpliwie posiada cechy zarówno klimatyczne, krajobrazowe, jak i biogeochemiczne, które mogą stanowić analogię do lodu i procesów na innych ciałach niebieskich. Biologiczne elementy takie jak wirusy, bakterie czy mikroalgi są sezonowo „więzione” w lodzie podczas zamarzania, a podczas periodycznych roztopów trafiają do systemu kanałów i zbiorników solankowych. Siedlisko zlokalizowane w środku lodu jest fizjologicznym wyzwaniem. Lód morski to nie tylko w pewnych miejscach sezonowe siedlisko, ale także dynamiczne. Dynamika ta polega na szybko zmieniających się parametrach fizykochemicznych, takich jak: zasolenie, temperatura, pH, dostępność składników odżywczych oraz światła. Fenomenem przetrwania i metabolizmu w tych warunkach są algi, u których stwierdzono fotosyntezę przy -10oC. Organizmy zasiedlające lód morski mogą przekraczać tzw. „limity życia” z kilku powodów: 

  • posiadają one odpowiednią płynność błony komórkowej umożliwiającą transport produktów metabolicznych i składników odżywczych, nawet w niskich temperaturach. Jest to związane m.in. z dużą produkcją wielonienasyco...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów.

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 wydań czasopisma "Biologia w Szkole"
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych artykułów w wersji online
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy