چگونه می توانیم به عمق زمین برویم و به زندگی ادامه دهیم؟

کارن لوید، میکروبیولوژیست دریایی ما را به میکروب های عمیق زیرزمینی معرفی می کند: ارگانیزم های کوچک که در عمق گل های اقیانوس زندگی می کنند و در خاک های اقیانوس زندگی می کنند و از همان زمان قبل از حیوانات در زمین بوده اند. در مورد این میکروب های مرموز بیشتر بدانید که از رشد در آزمایشگاه خودداری می کنند و به نظر می رسد که رابطه زمان و انرژی با یکدیگر متفاوت است.

ایده وجود زندگی میکروبی زیست‌سپهری عظیم و عمیق در بستر اقیانوس ها

در ۱۹۸۰، دانشمندی به نام جان پارکس در بریتانیا، یک ایده دیوانه‌وار داشت. او معتقد بود که زندگی میکروبی زیست‌سپهری عظیم و عمیقی در بستر اقیانوسهای جهان وجود دارد که صدها متر در کف دریا توسعه یافته است، که جالب است، اما تنها مشکل این است که هیچکس او را باور نداشت، و دلایلی که هیچکس او را باور نمی کرد این است که رسوبات اقیانوسی ممکن است خسته کننده ترین مکان روی زمین باشد.

هیچ نورخورشیدی، هیچ اکسیژنی وجود ندارد، و شاید بدتر از همه، هیچ تحویل غذای تازه ای هم به معنای واقعی کلمه میلیونها سال است که وجود ندارد. نباید دکترای زیست شناسی داشته باشید تا بدانید که آنجامکان خوبی برای جستجوی زندگی نیست.

نمونه های اولیه زیرزمینی عاری از آلودگی میکروبهای سطحی

کشتی-حفاری-جویدس-رزلوشن
کشتی-حفاری-جویدس-رزلوشن

اما در ۲۰۰۲، استیون جان عده زیادی از مردم را متقاعد کرد که او چیزی را کشف کرده که در حقیقت باید با کشتی حفاری که جویدس رزلوشن نامیده می شود به سفرعلمی برود. و او این کار را با بوبارکر یورگنسن از دانمارک انجام داد. بنابراین در نهایت آنها موفق به یافتن نمونه‌های اولیه زیرزمینی خوب شدند که در حقیقت عاری از آلودگی میکروبهای سطحی بودند.

این کشتی حفاری قادر به حفر کردن هزاران متر در بستر اقیانوس، و بالا آوردن گل و لای به شکل هسته‌های متوالی یکی پس از دیگری بود، هسته‌های بسیار بلندی که این شکلی هستند.

نمونه-گل-و-لای-زیر-میکروسکوپ
نمونه-گل-و-لای-زیر-میکروسکوپ

اینها توسط دانشمندانی مثل من که روی این کشتی ها می رویم حمل می شود، ما هسته‌ها را در این کشتی‌ها تهیه می‌کنیم و به خانه می‌فرستیم آزمایشگاه‌های خانگی‌مان برای تحقیقات بیشتر، بنابراین وقتی جان و همکارانش این نمونه‌های اولیه گرانبهای دریایی را یافتند، آن را زیر میکروسکوپ گذاشتند، و تصویرهایی را مشاهده کردند که خیلی شبیه به این بود، که درحقیقیت به وسیله دانشجوی دکترای من جوی بونجورنو از سفر علمی اخیر گرفته شده است.

می‌توانید چیزهای مبهمی در پس زمینه مشاهده کنید. آن گل و لای است. گل و لای عمیق دریایی و اقیانوسی، ونقطه‌های سبز و روشنی که با رنگ فلوئورسنت سبز رنگ آمیزی شده‌اند میکروبهای زنده واقعی هستند.

حالا می‌خواهم چیزی غمناک درباره میکروبها برایتان بگویم. همه آنها زیر میکروسکوپ شبیه به هم هستند، منظورم این است که تقریبا در نگاه اول شما می‌توانید شگفت‌انگیزترین موجود زنده جهان مثل یک میکروب که به معنای واقعی کلمه اورانیوم استنشاق می‌کند را بگیرید ونوعی دیگر که سوخت موشک می‌سازد، با مقداری گل ولای اقیانوس ترکیب کنید زیر میکروسکوپ بگذارید، و فقط نقطه‌های کوچکی باشند.

واقعا رنج‌آوراست. بنابراین نمی‌توانیم ازروی شکل‌ آنها را تفکیک کنیم ما باید از DNA استفاده کنیم، مثل اثر انگشت، تا بفهمیم کی به کی است.

استفاده از DNA برای تفکیک میکروب ها

به شما دوستان خواهم آموخت که چگونه انجامش دهید مقداری اطلاعات آماده کردم و می خواهم اطلاعاتی به شما نشان دهم که واقعی نیستد. برای شرح دادن این است که چطور به نظر می‌رسد اگر‌ یک دسته از گونه‌ها به هیچ وجه به یک دیگر وابسته نبودند.

زیرمجموعه‌های-DNA
زیرمجموعه‌های-DNA

خب شما می‌توانید ببینید که گونه ها یک لیست از ترکیبات A،G،C وT دارند. که ۴ تا از زیرمجموعه‌های DNA هستند، نوعی ترکیب تصادفی است، وهیچ چیزی شبیه چیز دیگری نیست، و این ‌گونه‌ها مجموعا به یک دیگر نامربوط هستند. اما این شکل واقعی DNA از یک ژن است که این گونه‌ها را تقسیم می‌کند.

همه چیز تقریبا عالی تنظیم شده است. شانس گرفتن بسیاری از آن جدولهای عمودی جایی که هر گونه‌ای یک C یا هر گونه ای یک T دارد، به طور تصادفی، بسیار کم است. ما می‌دانیم که همه آن گونه‌ها اجداد مشترکی داشته بودند. همه آنها خویشاوندان یکدیگر هستند.

حالا می‌خواهم بگویم که آنها که هستند. دوتای بالا ما و شامپانزه ها هستیم، همگی قبلا می‌دانستید که به هم مرتبط هستند، چون که واضح است.

اما ما همچنین به چیزهایی مرتبط می‌شویم که به آن شکل نیستیم، مثل درخت کاج و ژیاردیا(نوعی تک سلولی)، که بیماری گوارشی است که می‌توانید به آن دچار شوید اگر آب را هنگام کوهنوردی تصفیه نکنید. همچنین مرتبط با باکتری E.Coli و باکتری کلستریدیم هستیم که یک باکتری وحشتناک، فرصت طلب و بیماریزا است که عده زیادی از مردم را می‌کشد.

البته میکروب‌های مفید هم همچنین وجود دارند، مثل Dehalococcoides ethenogene که ضایعات صنعتی ما را برایمان تمیز می‌کند. خب اگر من این توالی DNA را بردارم، و سپس از شباهتها و تفاوتهای بین آنها، استفاده کنم تا یک شجره‌نامه برای خودمان بسازم تا ببینید که چه کسی بسیار مرتبط است و این شکل آن است.

بنابراین شما می‌توانید در یک نظر به وضوح ببینید، که چیزهایی مثل ما و ژیاردیا وخرگوشها و درختان کاج همگی مثل خواهر و برادر هستند، و باکتریها همگی مثل عموزاده‌های اجدادی ما هستند. ما مرتبط به هر چیز زنده ای بر روی زمین هستیم. بنابراین در شغل من، به صورت روزانه، باید علیه تنهایی موجود شواهد علمی تولید کنم.

نمونه های به دست آمده در کجای شجره نامه قرار دارند؟

وقتی که اولین توالیهای DNA را از نخستین کشتی گرفتیم، نمونه‌های تازه را از اعماق زمین آورده بود، می‌خواستیم که بدانیم آنها کجا بودند. پس اولین چیزی که کشف کردیم آن بود که باهم غریبه نبودند، به علت این که توانستیم DNA آنها را بگیریم تا باهرچیزدیگری درزمین تنظیم کنیم. حالا بررسی می کنیم که آنها در کجای شجره نامه ما قرار می ‌گیرند.

اولین چیزی به آن توجه خواهید کرد این است که بسیار متعدد هستند. فقط یکی از گونه‌ها نبود که موفق به زندگی کردن در این مکان وحشتناک شد. خیلی چیزها هست.

و دومین چیزی که به آن توجه خواهید کرد، این است که، خوشبختانه شبیه هیچ چیزی نیست که قبلا دیده‌ایم. آنها به حدی باهم تفاوت دارند که با هرچیز دیگری که قبلا می‌شناختیم هم تفاوت دارند چون که ما از درختان کاج هستیم. بنابراین کاملا حق با جان پارکس بود.

او و ما، سیستم میکروبی کاملا جدید و به شدت متفاوت را در زمین کشف کردیم که حتی هیچکس قبل ازسال ۱۹۸۰ نمی‌دانست که وجود دارد.

پروراندن میکروب های عجیب در ظرف پتری

ما روی نوار موفقیت بودیم. گام بعدی پروراندن این گونه‌های عجیب در ظرف پتری(ظروف آزمایشگاهی)بود می‌توانستیم آزمایشهای واقعی روی‌شان انجام دهیم مثل کاری که میکروب شناسها انجام می‌دهند. اما بدون توجه به تغذیه‌شان، در رشد کردن مضایقه می‌کردند.

حتی الان، ۱۵ سال و بعد از سفرهای علمی متعدد هیچ بشری یک دانه از این میکروبهای عجیب موجود در اعماق زمین را نگرفته که در ظرف پتری رشد کند. اما این برای عدم تلاش نیست. ممکن است ناامید کننده به نظر برسد، اما حقیقتا آن را هیجان انگیز یافتم چون به این معناست که مجهولات جذاب متعددی وجود دارند که باید روی آنها کار کرد مثل چیزی که من و همکارانم فکر می‌کردیم یک ایده بسیارعالی بود.

پروراندن-میکروب-های عجیب-در-ظرف-پتری
پروراندن-میکروب-های عجیب-در-ظرف-پتری

قصد داشتیم ژنهای آنها را مثل یک کتاب دستورآشپزی بخوانیم، متوجه شدیم که آنها چه چیزی برای خوردن می‌خواستند و آن را در ظروف پتری بگذاریم و سپس آنها رشد خواهند کرد و خوشحال‌اند. اما وقتی به ژنهایشان نگاه کردیم کاشف به عمل آمد که چیزی که برای خوردن می‌خواهند غذایی است که قبلا به آنها دادیم. بنابراین یک کارکاملا بیهوده بود. آنها چیز دیگری در ظروف پتری خودشان می‌خواستند که ما به آنها نداده بودیم.

انرژی مورد نیاز برای رشد میکروب ها

با ترکیب سنجش‌ها ازمکانهای متفاوت و متعدد دور تا دور جهان، همکاران من در دانشگاه جنوب کالیفرنیا، داگ لارو و یان آمند قادر به محاسبه این شدند که هرکدام از این سلولهای میکروبی عمیق دریایی تنها نیاز به یک زپتووات انرژی دارند، قبل از اینکه موبایلهایتان را در بیاورید، یک زپتو ۱۰ به توان منفی ۲۱ است، چون می‌دانستم که می‌خواستم دنبالش بگردم.

به عبارت دیگر، انسانها نیاز به حدود ۱۰۰ وات انرژی دارند. ۱۰۰ وات اساسا این است که یک آناناس را روزانه ۸۸۱،۶۳۲ بار از ارتفاعی در حدود کمر روی زمین بیندازیم. اگر این کار را کردید بعدش به یک توربین وصل کنید، چون که انرژی کافی برای من در یک روز را ایجاد می‌کند. یک زپتووات، اگر در شرایط مشابه در نظر بگیرید، این است که اگر فقط یک دانه نمک را بگیرید و سپس فرض کنید که یک توپ بسیار بسیار کوچک که یک هزارم آن دانه نمک است را یک نانومتر بیاندازید، که صد بار کوچکتر از طول موج نور مرئی است، یک بار در روز.

این کل چیزی است که باعث می‌شود این میکروبها زنده بمانند. این مقدار انرژی کمتر از آن چیزی است که ما فکر می‌کردیم قادر به حمایت از زندگی باشد، اما به هر نحوی، به صورت خارق‌العاده و زیبایی، کافی است.

خب اگراین میکروبهای زیر زمینی رابطه متفاوت‌تری با انرژی نسبت به آن چیزی که فکر می‌کردیم داشته باشند، خب به این معناست که مجبور خواهند بود که به خوبی با زمان رابطه‌ای متفاوتی داشته باشند، چون وقتی که با سطوح کوچکی از انرژی زندگی می‌کنند، رشد سریع غیر ممکن است.

اگراین چیزها می‌خواهند گلوهای ما را استعمار و مریضمان کنند، باید از استرپتوکوکوس‌هایی که سریع رشد می‌کنند خارج شوند حتی قبل از این که شروع به تقسیم سلولی بکنند. به این علت است که هرگز آنها را در گلوهایمان پیدا نمی‌کنیم. شاید این حقیقت که سطوح عمقی خیلی خسته‌کننده هستند در واقع دارایی این میکروبهاست.

آنها هرگز با طوفانها از پا در نمی‌آیند. آنها هرگز با علفهای هرز رشد نمی‌کنند. کل کاری که باید بکنند زیستن است. شاید آن چیزی که ما در ظروف پتری نگذاشته بودیم اصلا غذا نبود. شاید یک ماده شیمیایی نبود. شاید آن چیزی که واقعا می‌خواستند، آن ماده مغذی که می‌خواستند زمان بود.

اما زمان یک چیزی بود که هرگز نمی‌توانستم به آنها بدهم. اگر حتی یک کشت سلولی داشتم که آن را به دانشجویان دکترا می‌دادم، کسانی که آن را به دانشجویان دکترای خودشان می‌دادند همین طور ما برای هزاران سال آن کار را به منظور تقلید شرایط دقیق سطوح زیرزمینی انجام می‌دادیم، بدون هیچ گونه آلاینده‌ای.

که غیر ممکن است. اما شاید به شیوه‌ای که آنها را در ظروف پتری رشد داده‌ایم شاید به غذاهایی که بهشان داده بودیم نگاه می‌کردند و می‌گفتند «ممنون، قصد دارم با سرعت زیادی رشد کنم که یک سلول جدید را در قرن بعدی بسازم. اوخ.»

چرا زیست شناسی سریع رشد می‌کند؟

چرا یک سلول بعد از یک روز ویک انسان بعد از فقط صد سال میمیرد؟ این مثل یک محدودیت کوتاه مدت خودسرانه به نظر می‌رسد وقتی که در مورد کل زمان در جهان فکر می‌کنید. اما اینها محدودیتهای خودسرانه نیستند. آنها به وسیله یک چیز ساده به ما دیکته شده‌اند، و آن چیز خورشید است.

وقتی زندگی فهمید که چگونه انرژی خورشید را از طریق فتوسنتز مهار کند، باید سرعت را بیشتر می‌کردیم و در چرخه‌های شب و روز پیش می‌رفتیم به این طریق، خورشید هر دو دلیل سریع بودن و سوخت برای انجام کارها را به ما داد می‌توانید به زندگی روی زمین مثل یک سیستم گردش خون نگاه کنید، و خورشید قلب تپنده ما است.

قسمت های عمیق زیر زمینی مثل دستگاه گردش خون است که از خورشید جدا هستند!

قسمتهای عمیق زیرزمینی هم مثل یک دستگاه گردش خون هستند که کاملا از خورشید جدا هستند. به جای آن به وسیله ریتمهای بلند وآهسته زمین شناسی رانده می‌شوند. اخیرا هیچ محدودیت تئوری برای طول عمر یک سلول مجزا وجود ندارد.

تا مادامی که حداقل یک مقدارکم انرژی برای بهره برداری وجود داشته باشد، به صورت نظری، یک سلول مجزا می‌تواند به آسانی برای صدها هزار سال یا بیشتر، با جایگزینی قسمتهای شکسته شده درطول زمان زندگی کند درخواستی که از یک میکروب که به این شکل در ظروف پتری ما رشد می کند، این است که از آنها بخواهیم خودشان را با زندگی خورشید محور و شیوه سریع زندگی انطباق بدهند، شاید که بتوانند کارهای بهتری نسبت به قبل انجام بدهند.

فرض کنید اگر می‌توانستیم بفهمیم که چگونه این کار را انجام می‌دهند. چه می‌شد اگر مقداری ترکیبات فوق‌العاده پایدار را درگیر می‌کردیم تا بتوانیم از آنها برای افزایش عمر مفید دربرنامه‌های کاربردی پزشکی و صنعتی استفاده کنیم؟ یا شاید اگر مکانیزمی که برای رشد فوق العاده آهسته‌ای که استفاده می‌کنند را می‌دانستیم، می‌توانستیم از آن در سلولهای سرطانی و روند تقسیم سلولی تقلید کنیم. نمی‌دانم. منظورم این است که، صادقانه، همگی حدس و گمان هستند، ولی تنها چیزی که با صراحت می‌دانم این است میکروبهای زنده بسیار کثیری در بستر تمامی اقیانوسهای جهان وجود دارند. که ۲۰۰ برابر بیشتر از کل توده‌های انسانی روی این کره است.

و آن میکروبها اساسا رابطه متفاوت‌تری با زمان و انرژی نسبت به ما دارند. چیزی که برایشان به اندازه یک روز به نظر می‌رسد ممکن است برای ما هزاران سال باشد. آنها اصلا به خورشید و رشد سریع اهمیتی نمی‌دهند. و شاید یک لعنت هم به ظروف پتری من هم نمی‌فرستند.

اما اگر بتوانیم به پیدا کردن راههای خلاقانه برای مطالعه آنها ادامه بدهیم، شاید بعدا بتوانیم درنهایت بفهمیم که زندگی، همه زندگی‌ها،در زمین چه شکلی است…

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

2 × 4 =