Când biologul specializat în peșteri, Heather Barton, a intrat într-o zonă complet întunecată, nu se aștepta deloc să descopere organisme care folosesc lumina pentru a produce energie. Ea și-a dat seama că această descoperire – și faptul că fotosinteza poate avea loc chiar și în întuneric – arată că viața ar putea exista și în alte părți ale Universului, în locuri pe care până acum le credeam imposibile, relatează BBC.
„Peretele era verde aprins. Cel mai irizat verde pe care l-ai putea vedea vreodată, și totuși microbii trăiau în întuneric complet”, spune Barton, profesor de științe geologice la Universitatea din Alabama.
Sub canioanele stâncoase adânci ale deșertului Chihuahuan, în sudul statului New Mexico, se află o rețea de 119 peșteri. Acestea, care fac parte din Parcul Național Carlsbad Caverns, s-au format în urmă cu patru până la 11 milioane de ani, când acidul sulfuric a dizolvat rocile de calcar.
Principala atracție a parcului este peștera turistică Carlsbad Cavern. Aici, stalactite strălucitoare atârnă din tavanul „Sălii Mari” (Big Room), o cameră subterană uriașă, de aproape 1.220 de metri lungime și 191 de metri lățime.
„Peștera Carlsbad este foarte ușor accesibilă. Este o peșteră mare de calcar, deschisă turiștilor, cu scări și balustrade, unde oricine poate coborî”, spune Lars Behrendt, microbiolog la Universitatea din Uppsala. Unele zone ale sistemului de peșteri, adaugă el, sunt chiar accesibile și persoanelor în scaun rulant.
Aproape 350.000 de oameni vizitează anual peștera Carlsbad, însă majoritatea nu au habar că acest loc este scena uneia dintre cele mai derutante descoperiri științifice din ultimul deceniu.
Expediția care a dus la descoperire
În 2018, Behrendt tocmai își terminase doctoratul și câștigase un premiu academic care i-a adus și o sumă de bani. A contactat-o pe Barton și a întrebat-o dacă l-ar însoți într-o expediție. Din fericire, ea a acceptat.
„Primul lucru pe care îl faci în peștera Carlsbad este să cobori pe traseul turistic, iar apoi să cotești după un colț”, spune Barton. „Am parcurs traseul acesta de probabil 40 de ori. După ce întorci colțul, în spatele tău se află o mică nișă și este complet întuneric.”
De peste 20 de ani, Barton studiază viața microscopică din adâncurile subterane. Totuși, ceea ce a urmat a surprins-o chiar și pe ea.
Behrendt a luminat peretele cu o lanternă. Deși nișa era cufundată în beznă totală, lumina a scos la iveală un strat de microbi verzi care acopereau peretele. Testele ulterioare au arătat că erau cianobacterii – organisme unicelulare înrudite cu bacteriile. Spre deosebire de majoritatea bacteriilor, cianobacteriile (cunoscute și ca alge albastre-verzi) folosesc lumina Soarelui pentru a-și produce hrana.
„Am început să intrăm tot mai adânc în peșteră”, spune Barton. „La un moment dat nu mai puteam vedea nimic fără lanterne. Aveam nevoie de frontală ca să ne vedem mâna din fața feței, și totuși se vedea pigment verde pe perete.”
Cum este posibilă fotosinteza în întuneric
Plantele sunt verzi datorită unei substanțe chimice numite clorofilă, care absoarbe energia luminii. În fotosinteză, această energie este folosită pentru a transforma dioxidul de carbon și apa în glucoză și oxigen. Procesul este foarte asemănător și la cianobacterii. Doar că, în peșteră, nu exista lumină solară.
Așadar, ce se întâmpla?
S-a dovedit că aceste cianobacterii din peșteră au o formă specială de clorofilă, capabilă să capteze lumina din apropierea infraroșului. Această lumină are o lungime de undă mai mare decât lumina vizibilă și este invizibilă pentru ochiul uman.
În timp ce plantele și majoritatea cianobacteriilor folosesc clorofila a pentru fotosinteză, cianobacteriile din peșterile Carlsbad folosesc clorofilele d și f, care pot genera energie din lumina din apropierea infraroșului.
Deși lumina vizibilă pătrunde doar câteva sute de metri în interiorul peșterilor, lumina din apropierea infraroșului ajunge mult mai departe, datorită proprietăților reflectorizante ale calcarului.
„Roca de calcar din care este formată peștera absoarbe aproape toată lumina vizibilă, dar pentru lumina din apropierea infraroșului, peșterile sunt practic o sală de oglinzi”, explică Barton.
De fapt, când cercetătorii au măsurat nivelul luminii în zona cea mai întunecată a peșterii, au descoperit că lumina din apropierea infraroșului era de 695 de ori mai concentrată decât la intrare. În același timp, cianobacteriile care conțin clorofilele d și f erau prezente peste tot, dar erau mult mai concentrate în cele mai adânci și mai întunecate zone.
Cercetătorii au vizitat și alte peșteri din Parcul Național Carlsbad Caverns și au analizat mai multe cavități izolate. De fiecare dată au găsit microbi fotosintetizanți în adâncul subteran.
„Am arătat nu doar că trăiesc acolo, ci și că fac fotosinteză într-un mediu complet izolat, unde probabil nu au fost atinși de 49 de milioane de ani”, spune Behrendt.
Ce înseamnă această descoperire pentru viața din Univers
Barton și Behrendt nu sunt singurii oameni de știință care au descoperit microbi capabili să trăiască fără lumină.
În 1890, microbiologul ucraineano-rus Serghei Nikolaevici Vinogradski a demonstrat că unele microorganisme pot trăi exclusiv pe bază de substanțe anorganice, printr-un proces numit chemosinteză. Acestea obțin energie din reacții chimice, folosind substanțe precum metanul sau hidrogenul sulfurat din rocile și apele din jur.
În 1996, Hideaki Miyashita, pe atunci cercetător într-un program postdoctoral al NASA, a descoperit o cianobacterie marină numită Acaryochloris marina, capabilă să facă fotosinteză atât cu lumină vizibilă, cât și cu lumină din apropierea infraroșului. Descoperirea a declanșat decenii de cercetări asupra lungimilor de undă necesare fotosintezei.
Apoi, în 2018, cercetători de la Imperial College London au găsit cianobacterii fotosintetizante în condiții de lumină foarte slabă, în rogojini bacteriene din Parcul Național Yellowstone și în interiorul unor roci de pe plajele din Australia. Au reușit chiar să cultive astfel de microbi într-un dulap complet întunecat, dotat cu LED-uri infraroșii.
În fiecare caz, cianobacteriile foloseau clorofila a pentru fotosinteză cu lumină vizibilă, dar treceau la clorofila f pentru a folosi lumina din apropierea infraroșului, dincolo de capacitatea de percepție a ochiului uman.
Aceste rezultate au consecințe importante pentru modul în care ar putea arăta viața pe alte planete.
De ce contează tipul stelei pentru apariția vieții
Atunci când se caută o exoplanetă potențial locuibilă – o planetă care orbitează o stea dintr-un alt sistem solar – este esențial să se țină cont de tipul stelei în jurul căreia se află. În Univers există șapte clase de stele (O, B, A, F, G, K și M), ordonate de la cele mai fierbinți la cele mai reci.
Stelele de tip O și B sunt cele mai fierbinți, mai masive și mai luminoase și au o culoare albăstruie.
„Acestea sunt stele foarte tinere, abia formate”, spune Barton. „Emit multă radiație ultravioletă, care este toxică pentru viață.”
Pe măsură ce îmbătrânesc, ele se răcesc și devin stele de tip A, F și, în cele din urmă, G. Stelele de tip G – din care face parte și Soarele – sunt galbene și emit mai ales lumină vizibilă. Teoretic, ele sunt candidați buni pentru găsirea lumilor locuibile. Totuși, stelele de tip G reprezintă doar aproximativ 8% din numărul total de stele din Univers și își consumă combustibilul relativ repede, ceea ce limitează perioada în care viața ar putea apărea.
După ce își epuizează combustibilul, stelele G se transformă în stele de vârstă medie, de tip K și M, cunoscute ca pitice roșii, datorită culorii lor.
Până în prezent, toate cele aproximativ 5.000 de exoplanete descoperite orbitează stele de tip M. Acest lucru se datorează în mare parte metodei prin care sunt detectate planetele: atunci când o planetă trece prin fața stelei sale, luminozitatea acesteia scade ușor pentru scurt timp.
„Dacă încerci să faci asta cu o stea de tip G, este ca și cum ai încerca să te uiți la Soare printr-un binoclu – nu vei vedea nimic”, explică Barton.
Pentru că piticele roșii sunt stele de masă mică, planetele lor orbitează mai aproape și sunt mai ușor de detectat. În plus, aceste stele sunt extrem de numeroase. Totuși, se crede că ele au o zonă locuibilă foarte îngustă – regiunea în care temperaturile permit existența apei lichide la suprafața unei planete.
Existența apei lichide este esențială pentru viață, iar această zonă – cunoscută drept „zona Goldilocks” – a fost până acum principalul criteriu folosit de astrobiologi în căutarea vieții extraterestre.
Un alt factor esențial este însă posibilitatea existenței fotosintezei. Pe Pământ, fotosinteza stă la baza majorității lanțurilor trofice și produce oxigenul pe care îl respirăm. Din acest motiv, este logic ca oamenii de știință să se concentreze asupra planetelor care pot susține fotosinteza.
Mult timp, limita fotosintezei a fost stabilită la 700 nanometri, corespunzător culorii roșii din spectru. Dincolo de această valoare, eficiența fotosintezei cu clorofila a scade. Însă cianobacteriile din peșterile Carlsbad pot folosi lumină cu lungimi de undă de până la 780 nanometri, datorită clorofilei f.
„Marea majoritate a stelelor din galaxia noastră sunt stele de tip M și K”, spune Barton. „Asta înseamnă că cele mai multe stele emit lumină din apropierea infraroșului, iar noi știm foarte puțin despre cum ar putea supraviețui fotosinteza și viața în asemenea condiții.”
Barton intenționează să schimbe acest lucru. Împreună cu Behrendt, a depus un proiect la NASA pentru a determina limitele la care viața fotosintetică poate supraviețui. Cercetările ar presupune explorarea celor mai adânci și mai întunecate peșteri, pentru a măsura exact ce nivel minim de lumină le este necesar cianobacteriilor.
Aceste date ar putea ajuta la restrângerea căutării lumilor locuibile.
Comentează