Ο χειμώνας στην Ανταρκτική είναι μακρύς και σκοτεινός. Οι θερμοκρασίες παραμένουν πολύ κάτω από το μηδέν. Σε πολλές περιοχές ο Ήλιος δύει τον Απρίλιο και δεν εμφανίζεται ξανά πάνω από τον ορίζοντα μέχρι τον Αύγουστο. Πως επιβιώνουν σε αυτό το περιβάλλον οργανισμοί όπως τα μικρόβια; Μια νέα μελέτη λέει ότι… τρώνε τον αέρα.
Χωρίς ηλιακό φως, οι οργανισμοί που βασίζονται στη φωτοσύνθεση όπως φυτά, βρύα και φύκη δεν μπορούν να παράγουν ενέργεια. Αυτό όμως δεν σημαίνει ότι η ζωή σταματά εντελώς στην Ανταρκτική. Σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «The ISME Journal» οι συνάδελφοί μου και εγώ δείχνουμε ότι μικρόβια της Ανταρκτικής μπορούν να παράγουν ενέργεια από τον αέρα σε θερμοκρασίες έως και μείον 20 βαθμούς Κελσίου.
Το εύρημα αυτό βελτιώνει την κατανόησή μας για το πώς επιβιώνει η ζωή σε ακραίες θερμοκρασίες στην Ανταρκτική και πώς η κλιματική αλλαγή μπορεί να επηρεάσει αυτή τη σημαντική διαδικασία.
Πώς παράγεται ενέργεια από τον αέρα
Το 2017, επιστήμονες έδειξαν ότι πολλά μικρόβια της Ανταρκτικής μπορούν να παράγουν ενέργεια από ατμοσφαιρικά αέρια που υπάρχουν σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται αεροτροφία.
Η αεροτροφία αναφέρεται σε έναν εξειδικευμένο τρόπο ζωής μικροοργανισμών που επιβιώνουν και αναπτύσσονται «τρέφοντας» ή αξιοποιώντας ίχνη αερίων από τον αέρα (όπως υδρογόνο, μονοξείδιο του άνθρακα ή μεθάνιο) ως πηγές ενέργειας και άνθρακα, συνήθως σε περιβάλλοντα φτωχά σε θρεπτικά συστατικά όπως τα σπήλαια ή στην προκειμένη περίπτωση η Ανταρκτική.
Χρησιμοποιώντας ένζυμα που είναι εξαιρετικά ευαίσθητα ώστε να «εντοπίζουν» το υδρογόνο και το μονοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα τα μικρόβια αυτά έχουν βρει έναν τρόπο να παράγουν ενέργεια απευθείας από τον αέρα. Αυτό αποτελεί τεράστιο πλεονέκτημα στα φτωχά σε θρεπτικά συστατικά εδάφη της Ανταρκτικής.
Μέχρι τώρα όμως παρέμενε άγνωστο σε ποιες θερμοκρασίες μπορεί να λειτουργήσει αυτή η διαδικασία. Θα μπορούσε η αεροτροφία να τροφοδοτεί τα μικροβιακά οικοσυστήματα του εδάφους κατά τη διάρκεια του χειμώνα;
Πειράματα στο εργαστήριο
Η μέτρηση της ταχύτητας με την οποία αυτά τα μικρόβια καταναλώνουν τόσο μικρές ποσότητες καυσίμου είναι δύσκολη. Από το 2022 έως το 2024 οι ερευνητές συνέλεξαν δείγματα επιφανειακού εδάφους από διάφορες περιοχές της Ανατολικής Ανταρκτικής και τα ανέλυσαν στο εργαστήριο. Μέτρησαν πόσο γρήγορα χρησιμοποιούν αέρια της ατμόσφαιρας, ποια μικρόβια υπάρχουν στο έδαφος, ποια γονίδια διαθέτουν.
Για να το κάνουν αυτό απομόνωσαν το DNA των μικροοργανισμών και το αλληλούχησαν. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η αεροτροφία συμβαίνει στο εργαστήριο τόσο σε θερμοκρασίες καλοκαιριού (4 βαθμούς Κελσίου) όσο και σε θερμοκρασίες χειμώνα (μείον 20 βαθμούς Κελσίου). Αυτό σημαίνει ότι το υδρογόνο και το μονοξείδιο του άνθρακα αποτελούν πηγή ενέργειας όλο τον χρόνο. Ακόμη πιο εντυπωσιακό όμως ήταν το ανώτατο όριο θερμοκρασίας.
Οι θερμοκρασίες εδάφους στην Ανταρκτική σπάνια ξεπερνούν τους 20 βαθμούς Κελσίου όμως βρήκαμε μικρόβια που συνέχιζαν να παράγουν ενέργεια από υδρογόνο μέχρι και τους 75 βαθμούς Κελσίου. Είναι σαν να βλέπεις έναν πιγκουίνο να ευδοκιμεί σε τροπική ζούγκλα.
Οι «πρωτογενείς παραγωγοί» της Ανταρκτικής
Οι ερευνητές θέλησαν επίσης να δούμε αν η διαδικασία αυτή συμβαίνει πραγματικά στο φυσικό περιβάλλον. Έτσι πριν από δύο χρόνια μετέφεραν το εργαστήριο τους στην Ανταρκτική. Συνέλεξαν φρέσκα δείγματα εδάφους, τα σφραγίσαμε σε γυάλινα φιαλίδια και αναλύσαμε τα αέρια.
Για πρώτη φορά διαπιστώσαμε ξεκάθαρα ότι σε πραγματικές συνθήκες τα μικρόβια του εδάφους συνέχιζαν να καταναλώνουν υδρογόνο. Η ανάλυση DNA έδειξε ότι η πλειονότητα των μικροοργανισμών στα εδάφη της Ανταρκτικής διαθέτει γονίδια που τους επιτρέπουν να αντλούν ενέργεια από υδρογόνο.
Πολλά από αυτά τα βακτήρια μπορούν επίσης να παίρνουν άνθρακα από την ατμόσφαιρα. Οι οργανισμοί αυτοί λειτουργούν ως πρωτογενείς παραγωγοί δημιουργώντας νέα βιομάζα από τον αέρα. Στα περισσότερα χερσαία οικοσυστήματα, η βάση της τροφικής αλυσίδας είναι η φωτοσύνθεση που χρησιμοποιεί ενέργεια από το φως του Ήλιου και άνθρακα από την ατμόσφαιρα για να δημιουργήσει οργανικές ενώσεις.
Έτσι μεγαλώνουν τα φυτά τα οποία τρώγονται από φυτοφάγα ζώα τα οποία στη συνέχεια τρώγονται από σαρκοφάγα. Στα ερημικά εδάφη της Ανταρκτικής όμως η φωτοσύνθεση είναι σπάνια. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι σε πολλές περιοχές την αντικαθιστά η αεροτροφία. Αυτό έχει νόημα επειδή μπορεί να συμβαίνει όλο τον χρόνο, δεν χρειάζεται υγρό νερό σε αντίθεση με τη φωτοσύνθεση.
Υδρογόνο και κλιματική αλλαγή
Η αεροτροφία παίζει σημαντικό ρόλο στα οικοσυστήματα της Ανταρκτικής. Οι ερευνητές θέλησαν λοιπόν να δουν πώς θα επηρεαστεί από την υπερθέρμανση του πλανήτη. Σε σενάρια χαμηλών εκπομπών, προβλέπεται αύξηση 4% στον ρυθμό με τον οποίο τα μικρόβια καταναλώνουν ατμοσφαιρικό υδρογόνο.
Σε σενάρια πολύ υψηλών εκπομπών, η αύξηση μπορεί να φτάσει το 35%. Παρόμοια αποτελέσματα παρατηρούνται και για το μονοξείδιο του άνθρακα. Αν και το υδρογόνο δεν είναι αέριο του θερμοκηπίου, επηρεάζει το πόσο καιρό παραμένουν στην ατμόσφαιρα άλλα αέρια του θερμοκηπίου όπως το μεθάνιο.
Τα εδάφη της Γης μαζί με τα μικρόβια που περιέχουν ευθύνονται για περίπου 82% της παγκόσμιας κατανάλωσης υδρογόνου. Με άλλα λόγια, αποτελούν μια τεράστια “καταβόθρα” υδρογόνου, βασικό στοιχείο του παγκόσμιου κύκλου υδρογόνου. Πολλοί παράγοντες καθορίζουν πώς θα αντιδράσουν οι μικροοργανισμοί στην κλιματική αλλαγή. Η θερμοκρασία είναι μόνο ένας από αυτούς. Η μελέτη αυτή αποτελεί ένα σημαντικό κομμάτι του παζλ που βοηθά τους επιστήμονες να κατανοήσουν πόσο ανθεκτικά είναι τα μοναδικά μικροβιακά οικοσυστήματα της Ανταρκτικής.
Naftemporiki.gr με πληροφορίες από το The Conversation