Πώς επιβιώνει η ζωή σε ακραίες συνθήκες;

Η ζωή καταφέρνει να επιβιώσει σε μέρη τόσο ζεστά όσο τα ηφαίστεια και τόσο κρύα όσο οι πόλοι του πλανήτη μας. Οι οργανισμοί που ευδοκιμούν σε αυτά τα ακραία περιβάλλοντα ονομάζονται ακραιόφιλοι και το σώμα τους έχει μερικές μοναδικές προσαρμογές για να επιβιώσει σε τόσο έντονες συνθήκες.

Η Γη είναι απέραντη. Από τις καυτές καυτές ερήμους μέχρι τους παγωμένους παγετώνες, μαζί με μια μεγάλη γκάμα περιβαλλόντων τακτοποιημένα σε όλη την υδρόγειο, υπάρχει κάτι κοινό που έχει κάθε μέρος:η ζωή.

Ωστόσο, οι άνθρωποι δεν μπορούν να ζήσουν άνετα στην Ανταρκτική ή να δημιουργήσουν καταστήματα στην έρημο Σαχάρα. Αυτό δεν σημαίνει ότι καμία απολύτως ζωή δεν μπορεί να επιβιώσει εκεί. Ίσως εκπλαγείτε αν βρείτε οργανισμούς να ζουν στο έπακρο στα πιο παράξενα, φαινομενικά πιο αφιλόξενα και εχθρικά περιβάλλοντα στη Γη.

Η χούφτα των οργανισμών που επιβιώνουν και ευδοκιμούν εκεί ονομάζονται ακραίοφιλοι .

Τι χρειάζεται για να σχηματιστεί η ζωή;

Όλη η ζωή έχει μερικές βασικές απαιτήσεις που χρειάζεται για να «ζήσει». Αυτά περιλαμβάνουν νερό (ή κάποιο διαλύτη), μια πηγή ενέργειας και βασικά βιομόρια όπως υδατάνθρακες, πρωτεΐνες, λίπη και νουκλεϊκό οξύ (DNA).

Χωρίς αυτές τις βασικές απαιτήσεις, οι οργανισμοί δεν έχουν τους πόρους να αναπτυχθούν ή να παράγουν ενέργεια για να συντηρηθούν. Έτσι, σε καθένα από αυτά τα σκληρά περιβάλλοντα, οι οργανισμοί έχουν προσαρμοστεί για να προστατεύουν αυτές τις ανάγκες από το περιβάλλον τους.

Τα απαραίτητα δομικά στοιχεία που χρειάζονται για να φτιαχτεί η ζωή. (Φωτογραφία:Boghog/Wikimedia commons)

Αλλά δεν είναι μόνο αυτό! Για να ευδοκιμήσουν, πρέπει να προσαρμοστούν περαιτέρω. Είναι το ισοδύναμο του να πρέπει να φοράς πουλόβερ ενώ ζεις σε μια κρύα χώρα. Μπορεί να έχετε νερό, τροφή και καταφύγιο για να επιβιώσετε, αλλά σίγουρα θα ήσασταν πιο άνετα με ένα πουλόβερ παρά χωρίς!

Πώς ζουν οι οργανισμοί σε υπερβολικό κρύο;

Οι μικροοργανισμοί και τα ζώα, όσο έξυπνα κι αν είναι, δεν μπορούν να πλέξουν ένα πουλόβερ για να ζεσταθούν. Αντίθετα, με τη βοήθεια της εξέλιξης, η βιολογία τους προσαρμόζεται.

Πάρτε πιγκουίνους—πουλιά που ζουν στην πιο κρύα ήπειρο στον κόσμο. Το σώμα τους είναι φυσικά σχεδιασμένο για να εξοικονομεί θερμότητα. Οι φλέβες τους τυλίγονται γύρω από τις αρτηρίες τους, διατηρώντας το αίμα μέσα στις αρτηρίες ελαφρώς πιο ζεστό.

Επιπλέον, όταν βουτούν στην κρύα θάλασσα ενώ κυνηγούν, ο καρδιακός τους ρυθμός μειώνεται κατά 15%. Αυτό βοηθά το σώμα να εξοικονομήσει περισσότερη ενέργεια που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να παράγει περισσότερη θερμότητα σώματος. Ακόμη και τα φτερά στο σώμα τους επικαλύπτονται, προστατεύοντάς τα από τους δυνατούς κρύους ανέμους και το νερό.

Άλλα ζώα της Αρκτικής, όπως οι πολικές αρκούδες, οι φώκιες και οι αλεπούδες της Αρκτικής, έχουν παρόμοια χαρακτηριστικά. Έχουν ένα παχύτερο τρίχωμα γούνας και το σώμα τους παράγει περισσότερη θερμότητα σώματος.

Μια πολική αρκούδα που πίνει μια γουλιά νερό. (Φωτογραφία :twenty20)

Ψυχρόφιλα:μικροοργανισμοί που ευδοκιμούν σε υπερβολικό κρύο

Πολλοί μικροοργανισμοί έχουν επίσης προσαρμοστεί για να επιβιώνουν στο ακραίο κρύο και ονομάζονται ψυχόφιλοι (που βασικά σημαίνει ψυχρόφιλος). Τέτοια βακτήρια παράγουν ουσίες που μοιάζουν με ζαχαρούχο ζελέ που ονομάζονται εξωπολυσακχαρίτες που λειτουργούν σαν προστατευτικό στρώμα ρούχων.

Μερικά βακτήρια και μύκητες παράγουν ακόμη και αντιψυκτικές πρωτεΐνες. Αυτές οι πρωτεΐνες μειώνουν το σημείο πήξης του νερού, έτσι ώστε το ενδοκυτταρικό νερό μέσα σε αυτές να μην παγώνει, κάτι που θα μπορούσε να προκαλέσει εσωτερικές ρήξεις.

Πώς ζουν οι οργανισμοί σε έντονη ζέστη;

Τώρα τι γίνεται με τους θερμόφιλους, τους θερμόφιλους; Υπάρχει άφθονη ζωή στις ερήμους, κοντά σε ηφαίστεια και μέσα σε θερμές πηγές. Πώς καταφέρνουν να επιβιώσουν εκεί χωρίς να ιδρώσουν ή να βράσουν την ύπαρξή τους;

Η πιο κρίσιμη ικανότητα που διαθέτουν οι οργανισμοί που ζουν σε εξαιρετικά θερμά κλίματα είναι η ικανότητά τους να συγκρατούν νερό. Το πιο γνωστό μας παράδειγμα, η καμήλα, μπορεί να επιβιώσει για 7 μήνες χωρίς ούτε μια γουλιά νερό.

Μια κοινή παρανόηση είναι ότι οι καμήλες αποθηκεύουν νερό στις καμπούρες τους, αλλά αυτό δεν συμβαίνει. Η καμπούρα στην πραγματικότητα αποτελείται από πολύ λιπώδη ιστό που χρησιμοποιεί ως εναλλακτική πηγή τροφής σε περίπτωση που δεν μπορεί να βρει κάτι άλλο για να τσιμπήσει.

Οι καμήλες είναι ευλογημένες με τη λειτουργία να χρειάζονται λιγότερο νερό από τη συντριπτική πλειοψηφία των οργανισμών. Τα αιμοσφαίρια τους μπορούν να αποθηκεύσουν πολύ περισσότερο νερό, ενώ η γούνα τους εμποδίζει την καμήλα να ιδρώσει και να την χάσει.

Όσο μικρότερη είναι η καμπούρα μιας καμήλας, τόσο λιγότερο λίπος έχει. (Φωτογραφία :envato)

Οι κάκτοι έχουν προσαρμοστεί στην έρημο αποθηκεύοντας νερό στους μίσχους τους και έχοντας αγκάθια φύλλα για να αποτρέψουν την απώλεια νερού μέσω της διαπνοής. Έχουν εξαιρετικά λεπτές ρίζες που καλύπτουν μεγάλη ακτίνα, επιτρέποντάς τους να απορροφούν όλα τα μικροσκοπικά κομμάτια νερού που έχουν την τύχη να βρουν γύρω τους.

Υπερθερμόφιλα:μικροοργανισμοί που κατοικούν σε υψηλές θερμοκρασίες

Οι μικροοργανισμοί επιβιώνουν στην έρημο παραμένοντας αδρανείς καθ' όλη τη διάρκεια του έτους, εκτός από τις περιπτώσεις που βρέχει.

Εκτός από τις ερήμους, τα μικρόβια μπορούν να επιβιώσουν ακόμη και κοντά σε υδροθερμικές οπές. Αυτές οι οπές είναι μικρές σχισμές που βρίσκονται βαθιά στη θάλασσα, όπου εξαιρετικά ζεστό νερό περίπου 122°C αντλείται από το υπόγειο. Οι μικροοργανισμοί που μπορούν να ζουν σε μέρη όπως υδροθερμικές οπές ή ηφαίστεια ονομάζονται υπερθερμόφιλοι.

Αισθάνομαι ζέστη όταν ο θερμοστάτης είναι στους 25°C, δεν με πειράζει στους 125°C.

Οι κυτταρικές μεμβράνες των υπερθερμοφίλων είναι πολύ πιο εύκαμπτες, επιτρέποντάς τους να έχουν περισσότερη ρευστότητα, έτσι ώστε το ζεστό νερό να μπορεί να ρέει μέσα και έξω από αυτά πιο γρήγορα. Μερικά παραδείγματα υπερθερμόφιλων βακτηρίων είναι το Hyperthermus butylicus και Methanopyrus kandleri .

Όπως μπορείτε να φανταστείτε, θα ήταν δύσκολο να λάβετε θρεπτικά συστατικά πλούσια σε ενέργεια τόσο βαθιά μέσα στη θάλασσα ή κοντά σε ηφαίστεια. Αντίθετα, τέτοιοι μικροοργανισμοί υποβάλλονται σε χημικές αντιδράσεις για να παράγουν ενέργεια χρησιμοποιώντας τα στοιχεία γύρω τους. Για παράδειγμα, ορισμένα μικρόβια μπορούν να χρησιμοποιήσουν θείο, σίδηρο, μεθάνιο ή υδρογόνο για να δημιουργήσουν ενέργεια. Επισημαίνονται ευρέως ως χημειοσυνθετικοί μικροοργανισμοί.

Πού αλλού μπορεί να επιβιώσει η ζωή;

Εκτός από μόνο ζεστές και κρύες περιοχές, υπάρχουν πολλές άλλες τοποθεσίες στη Γη που έχουν συνθήκες εξίσου σκληρές, αλλά εξακολουθούν να βρίθουν από ζωή. Αυτά περιλαμβάνουν περιβάλλοντα με ακραία επίπεδα pH ή εξαιρετικά υψηλή περιεκτικότητα σε αλάτι, όπως η Νεκρά Θάλασσα.

Περιστασιακά, κοντά σε ορυχεία, βρίσκουμε εξαιρετικά όξινα υδάτινα σώματα που ονομάζονται αποστράγγιση ορυχείων. Τα όξινα στοιχεία στα πετρώματα, όπως το θειούχο σίδηρο, αντιδρούν με το οξυγόνο και το νερό, καθιστώντας το νερό όξινο. Αυτό το νερό μπορεί να είναι τόσο όξινο που μπορεί να διαλύσει βαρέα μέταλλα. Τέτοια τοξικά περιβάλλοντα δεν μπορούν να υποστηρίξουν τη ζωή μεγάλων ζώων, αλλά οι μικροοργανισμοί μπορούν με κάποιο τρόπο να τα καταφέρουν εκεί.

Τέτοια βακτήρια που αγαπούν το οξύ (οξεόφιλα), όπως το Acetobacter aceti, διατηρούν το pH τους παράγοντας ελαφρώς περισσότερες αλκαλικές πρωτεΐνες στο σώμα τους και αντλώντας πρωτόνια (ιόντα Η+). Αυτό βοηθά στην εξουδετέρωση της όξινης ιδιότητας του περιβάλλοντος. Επιπλέον, οι πρωτεΐνες που αποτελούν το σώμα τους είναι ελαφρώς πιο βασικές, γεγονός που βοηθά στην εξουδετέρωση του όξινου περιβάλλοντος γύρω τους.

Είναι το αντίστροφο για τους αλκαλικούς μικροοργανισμούς. Αντλούν ιόντα Η+ στο σώμα τους για να εξουδετερώσουν την αλκαλική φύση του περιβάλλοντός τους και οι κυτταρικές πρωτεΐνες τους κλίνουν περισσότερο προς την όξινη πλευρά.

Ακόμη και τα πιο βαθιά και σκοτεινά μέρη της θάλασσας μπορούν να φιλοξενήσουν ζωή. Ακόμη και μέρη 10 χλμ κάτω από τον φλοιό της Γης μπορεί να έχουν μικροοργανισμούς που έχουν προσαρμοστεί να ζουν χωρίς ηλιακό φως ή επαρκή αέρα. Μορφές ζωής έχουν ανιχνευθεί ακόμη και σε βράχους που ανασκάφηκαν από αφρικανικά ορυχεία χρυσού 3 χιλιόμετρα κάτω από την επιφάνεια της Γης!

Συμπέρασμα

Αφού διαβάσετε αυτό το κομμάτι, πρέπει να σκέφτεστε, "Ουάου, η ζωή μπορεί πραγματικά να επιβιώσει οπουδήποτε!" Αυτή είναι η σκέψη που προκαλεί τους επιστήμονες να προβληματίζονται σχετικά με την εξωγήινη ζωή. Ίσως να υπάρχουν κάποιες μορφές ζωής που ζουν στο φεγγάρι, στον Άρη ή σε οποιοδήποτε άλλο ηλιακό σύστημα. Σίγουρα, δεν μπορούμε να είμαστε οι μόνες μορφές ζωής στο σύμπαν, σωστά;

Ομολογουμένως, είναι κυρίως μικροοργανισμοί που μπορούν να επιβιώσουν σε τέτοιες σκληρές συνθήκες. Γίνεται πολύ πιο δύσκολο για πολύπλοκες μορφές ζωής όπως τα ζώα να επιβιώσουν σε ακραίες θερμοκρασίες και πιέσεις.

Τεχνικά, κάθε άλλος πλανήτης που έχει νερό (ή το ισοδύναμό του), μαζί με πηγές ενέργειας, θα πρέπει να είναι σε θέση να υποστηρίξει ζωή. Έχει γίνει άφθονη έρευνα για τη μελέτη των ακραίων φιλικών και των μηχανισμών επιβίωσής τους. Εάν οι επιστήμονες μπορέσουν να σπάσουν τον κώδικά τους, θα μπορούσε να εξηγήσει πώς άλλες μορφές ζωής μπορεί να επιβιώνουν αλλού στο σύμπαν.

Δεν ξέρω αν η ζωή εκεί έξω θα μοιάζει με τη ζωή στη Γη, αλλά είμαι σίγουρος ότι θα είναι εξίσου ενδιαφέρουσες!