Otkriće u pećini u Novom Meksiku može da proširi potragu za životom van Zemlje

Kada je biospeleološkinja Hejzel Barton kročila u potpunu tamu pećine Karlsbad, poslednje što je očekivala bio je nalaz organizama koji koriste snagu svetlosti. Shvatila je da ovo novo razumijevanje fotosinteze u mraku može da ukazuje na to da život može postojati i na mestima u svemiru na koja ranije nismo mislili.

Zid je bio jarko zelen. To je bila najsjajnija zelena sa preljevima koju možete da zamislite, a ipak su mikroorganizmi živjeli u potpunom mraku, kaže Barton, profesorka geoloških nauka na Univerzitetu u Alabami. Ispod dubokih stenovitih kanjona pustinje Čivave, južno od Novog Meksika, nalazi se sistem od 119 pećina. One pripadaju Nacionalnom parku Karlsbad Caverns, a nastale su pre između četiri i 11 miliona godina usled rastvaranja krečnjačkih stena sumpornom kiselinom. Glavna atrakcija parka je Karlsbadska pećina, otvorena za posjetioce.

U njoj blistavi stalaktiti vise sa plafona Velike dvorane, a prostorije su dugačke skoro 1.220 metara i široke 191 metar. “Karlsbadska pećina je veoma lako dostupna. To je velika krečnjačka pećina koju turisti mogu da posjete, ima stepenice i merdevine i svako može da siđe”, kaže Lars Berent, mikrobiolog na Univerzitetu Upsale u Švedskoj. Pojedini dijelovi sistema pećina dostupni su i ljudima u invalidskim kolicima. Pećinu Karlsbad godišnje posjeti skoro 350.000 ljudi, ali većina ne zna da je mjesto jednog od najzagonetnijih naučnih otkrića u poslednjoj deceniji.

U naizgled potpunom mraku mikroorganizmi uspijevaju da koriste svjetlost za energiju – istu vrstu svjetlosti kakvu emituju crveni patuljci, najčešća vrsta zvijezda u našoj galaksiji. Barton kaže da to znači da možemo da tragamo za životom izvan Zemlje na mnogo više mjesta nego što smo mislili. Nakon što je 2018. godine završio doktorat, Berent je osvojio akademsku nagradu koja mu je obezbijedila sredstva za istraživanje, a Barton mu se pridružila u ekspediciji. “Prvo što uradite u pećini Karlsbad je da se spustite turističkom stazom, a zatim skrenete iza jednog ugla”, kaže Barton. “Ne znam koliko sam puta prošla tom stazom, vjerovatno oko 40 puta.”

Specifičnost otkrića leži u tome što su cijanobakterije u pećini Karlsbad otvorile mogućnost fotosinteze uz blisku infracrvenu svetlost, koju ljudsko oko ne može da registruje. Iako biljke i većina cijanobakterija koriste hlorofil a, ove cijanobakterije koriste hlorofil d i f, koji mogu da proizvode energiju iz infracrvene svjetlosti. Vidljiva svetlost prodire samo do nekoliko stotina metara u pećinu, dok infracrvena svetlost može da putuje dalje jer krečnjački zidovi reflektuju svjetlost.

Razlika je u tome što se kod ovih mikroba fotosinteza dešava uz hlorofil d i f, što im omogućava da koriste energiju iz bliske infracrvene svetlosti. Kada su istraživači izmjerili svetlost u zadnjem, najtamnijem dijelu pećine, nivoi bliske infracrvene svetlosti bili su 695 puta veći nego na ulazu. Istraživači su posjetili i druge pećine u Nacionalnom parku Karlsbad i pronašli mikroorganizme koji obavljaju fotosintezu duboko pod zemljom, čime su pokazali da ovo nije izolovan slučaj. “Pokazali smo ne samo da oni tamo žive, već i da obavljaju fotosintezu u potpuno zaštićenom okruženju gdje su verovatno netaknuti 49 miliona godina”, kaže Berent.

Naučnici nisu jedini kojima je ovo otkriće bilo značajno. Već 1890. godine Sergej Nikolajevič Vinogradski otkrio je da neki mikrobi mogu da žive isključivo od neorganske materije koristeći hemosintezu. Godine 1996. Hideaki Mijašia otkrio je morsku cijanobakteriju Acaryochloris marina koja može da obavlja fotosintezu koristeći i vidljivu i blisku infracrvenu svetlost. Sledeće decenije povećale su se studije o talasnim dužinama potrebnim za fotosintezu, a 2018. godine naučnici sa Imperial College London otkrili su cijanobakterije koje obavljaju fotosintezu u senovitim uslovima kod Jeloustouna i u priobalnim stijenama Australije, pa su uspjeli čak i da uzgajaju mikroorganizme u mračnom ormariću opremljenom infracrvenim LED diodama. U svim ovim slučajevima cijanobakterije su koristile hlorofil d za fotosintezu uz vidljivu svetlost, a zatim prelazile na hlorofil f za fotosintezu koristeći blisku infracrvenu svetlost, što do sada nije viđeno u mraku.

Ova otkrića su važna za teorije o tome kako bi život mogao da izgleda na drugim planetama. Kada se traže nastanjive egzoplanete, koje kruže oko zvezda druge vrste, astrophysicists razvrstavaju zvezde po boji u klase O, B, A, F, G, K i M. Zvezde tipa O i B su najtoplije i najmasivnije, ali su i otrovne za život zbog UV zračenja. Zvezde tipa G, među kojima je i naše Sunce, daju mnogo svetlosti u vidljivom spektru, ali čine svega oko osam odsto zvezda. Vrlo često, glavne zvezde u našoj galaksiji su crveni patuljci tipa M, koji su brojni i često imaju usku nastanjivu zonu u kojoj bi tečnost voda mogla da opstane. To pojas poznat kao cirkumstelarna nastanjiva zona, predstavlja fokus astrobiologa u potrazi za životom izvan Zemlje. Do sada su identifikovani brojni kandidati, ali usmjeravanje teleskopa poput DžejmsaVeba zahtijeva vrijeme i resurse.

“Velika većina zvezda u našoj galaksiji su upravo zvezde tipa M i K”, kaže Barton. “To znači da većina zvezda emituje blisku infracrvenu svetlost i mi gotovo ništa ne znamo o tome kako fotosinteza i život mogu opstati u uslovima svetlosti koje proizvode takve zvezde.”