Ekstremalni sprzymierzeńcy nauki

Środowiska Ekstremalne przez wielu uważane są jako niedostępne i pozbawione życia, ale czy faktycznie tak jest? Na to pytanie próbowano odpowiedzieć przez wiele lat. Jednakże dopiero XX wiek dostarczył odpowiedzi, które na zawsze odmieniły świat nauki.

Pojęcie środowiska jako obszaru umożliwiającego rozwój życia początkowo było bardzo ograniczone. Sądzono, iż życie może rozwijać się jedynie w miejscach warunkujących dostęp do światła, odpowiednią temperaturę czy pH. Pogląd ten został zmieniony dzięki pionierskim badaniom prowadzonym przez rzeszę naukowców. Dzięki nim odkryto, że ogromna zmienność i zdolności przystosowawcze bakterii umożliwiły im również zasiedlenie środowisk, których skrajne wartości czynników fizyko-chemicznych wpływały letalnie na rozwój innych form żywych. Są to tak zwane środowiska ekstremalne, wśród których wyróżniono: kominy hydrotermalne, podwodne wulkany, gorące źródła, czy wieczną zmarzlinę Antarktydy.

W naszych rodzimych stronach również można znaleźć przykłady środowisk zaliczających się do grupy ekstremalnych, są to np. jeziora dystroficzne, niewielkie zbiorniki wodne powstające w zagłębieniach terenu, do których dopływają związki humusowe z pobliskich torfowisk lub pła mszarnego. Kwasy humusowe po dostaniu się do jeziora łączą się ze związkami mineralnymi powodując powstanie kompleksów mineralno-humusowych. W konsekwencji doprowadza to do obniżenia pH poniżej 6,5. Ponadto obecność tych kwasów powoduje również znaczne zmniejszenie przenikalności światła, co wpływa na zmianę barwy wody w kierunku brunatnej. Niekorzystne warunki oraz niewielka ilość światła docierającego do głębszych warstw zbiornika doprowadzają do znikomej produktywności biologicznej. Jej braki uzupełniane są głównie przez materię allochtoniczną pochodzącą z opadów atmosferycznych lub dostarczaną przez wiatr.



Środowiska skrajne są niezwykle ważne z punktu widzenia nauki. Poprzez trudne warunki egzystencjalne doprowadziły one do rozwoju różnych grup mikroorganizmów, charakteryzujących się często wybitnie pożądanymi właściwościami, znajdującymi zastosowanie w różnych dziedzinach nauki oraz gałęziach przemysłu. Dobrym przykładem jest bakteria Thermus aquaticus, pozyskana z gorących źródeł Yellowstone przez Thomas’a Dale Brock i Hudson’a Freeze. Okazała się ona źródłem termostabilnej polimerazy z powodzeniem wykorzystywanej w biologii molekularnej w PCR. Inne enzymy organizmów ekstremofilnych wykazują ogromny potencjał umożliwiający wykorzystanie ich w procesach chemicznych i farmaceutycznych. Ekstremofile znalazły również zastosowanie w medycynie, gdzie wyizolowane z nich białka umożliwiają przechowywanie narządów poddanych głębokiemu zamrożeniu. Kolejnym przykładem jest Cupriavidus metallidurans, zdolny do wytwarzania biodegradowalnych polimerów polihydroksyalkanoatów, stosowanych najczęściej w medycynie jako: materiały opatrunkowe, szwy, systemy kontrolowanego uwalniania leków.

Do niedawna myślano również, że najbardziej ekstremalne ze środowisk kominy hydrotermalne typu black smokers są miejscem jałowym, pozbawionym jakichkolwiek możliwości do życia. Pogląd ten okazał się błedny, gdyż na głębokości 2500 m w okolicy Black Smokers u wybrzeży Meksyku znaleziono gatunki bakterii fototroficznych. Tak głęboko nie docierają już żadne promienie słońca, jednakże bakterie z grupy Chlorobiaceae wykształciły zdolność do wykorzystywania słabego blasku komina, który umożliwia im przeprowadzanie procesu fotosyntezy. Jest to pierwszy odkryty organizm używający do procesu fotosyntezy wyłącznie światła innego, niż słoneczne.

Hodowla mikroorganizmów pochodzących ze środowisk ekstremalnych jest procesem niezwykle trudnym i często nieprzynoszącym wymiernych efektów. Ma na to wpływ w większości przypadków brak możliwości odtworzenia warunków niszy środowiskowej, w której naturalnie występuje dany szczep bakterii, co często doprowadza do fiaska wielu projektów i zaprzestania badań.

Opracowanie: Piotr Bialik

Photos Selected by freepik