Όταν η βιολόγος σπηλαίων Χέδερ Μπάρτον αποφάσισε να εισέλθει στο απόλυτο σκοτάδι, το τελευταίο πράγμα που περίμενε να βρει ήταν οργανισμοί που αξιοποιούσαν την ενέργεια του φωτός.
Συνειδητοποίησε ότι αυτή η νέα αντίληψη για τη φωτοσύνθεση στο σκοτάδι σημαίνει ότι η ζωή στο σύμπαν θα μπορούσε να υπάρχει σε μέρη που ποτέ δεν θεωρούσαμε πιθανά.
«Ο τοίχος ήταν έντονα πράσινος. Ήταν το πιο ιριδίζον πράσινο που είχα δει ποτέ, και όμως τα μικρόβια ζούσαν σε απόλυτο σκοτάδι», τόνισε η Μπάρτον, καθηγήτρια γεωλογικών επιστημών στο Πανεπιστήμιο της Αλαμπάμα.
Μία αποστολή που άλλαξε τα δεδομένα
Κάτω από τα βαθιά βραχώδη φαράγγια της ερήμου Τσιουάουαν στο νότιο Νέο Μεξικό, βρίσκεται ένα δίκτυο 119 σπηλαίων. Τα σπήλαια, που αποτελούν μέρος του Εθνικού Πάρκου Κάρλσμπαντ Κάβερνς, σχηματίστηκαν πριν από 4 έως 11 εκατομμύρια χρόνια λόγω της διάλυσης των ασβεστολιθικών πετρωμάτων από το θειικό οξύ.
Το κύριο αξιοθέατο του πάρκου είναι το σπήλαιο Κάρλσμπαντ Κάβερνς. Σταλακτίτες κρέμονται από την οροφή του Μπιγκ Ρουμ, ενός τεράστιου υπόγειου θαλάμου μήκους σχεδόν 1.220 μ. και πλάτους 191 μ.
«Το σπήλαιο Κάρλσμπαντ είναι πολύ εύκολα προσβάσιμο. Είναι ένα πολύ μεγάλο ασβεστολιθικό σπήλαιο που μπορούν να επισκεφθούν οι τουρίστες, με σκαλοπάτια και σκάλες, και όλοι μπορούν να κατέβουν», λέει ο Λαρς Μπεχρέντ, μικροβιολόγος στο Πανεπιστήμιο της Ουψάλα. Μέρη του σπηλαίου, προσθέτει, είναι προσβάσιμα ακόμη και με αναπηρικό αμαξίδιο.
Σχεδόν 350.000 άνθρωποι επισκέπτονται το σπήλαιο Κάρλσμπαντ κάθε χρόνο, αλλά οι περισσότεροι δεν γνωρίζουν ότι το σπήλαιο είναι το σκηνικό μιας από τις πιο αινιγματικές επιστημονικές ανακαλύψεις της τελευταίας δεκαετίας.
Το 2018, ο Μπεχρέντ είχε μόλις ολοκληρώσει το διδακτορικό του. Είχε επίσης κερδίσει ένα ακαδημαϊκό βραβείο, το οποίο του απέφερε κάποια χρηματικά έπαθλα. Επικοινώνησε με την Μπάρτον και τη ρώτησε αν θα τον συνόδευε σε μια αποστολή. Ευτυχώς, εκείνη συμφώνησε.
«Το πρώτο πράγμα που κάνεις στο σπήλαιο Κάρλσμπαντ είναι να κατεβείς το μονοπάτι για τους τουρίστες και μετά να στρίψεις σε μια γωνία», λέει η Μπάρτον. «Δεν ξέρω πόσες φορές έχω κάνει αυτό το μονοπάτι, πιθανώς 40 φορές. Σε εκείνο το σημείο, στρίβεις στη γωνία και πίσω σου υπάρχει μια εσοχή, η οποία είναι εντελώς σκοτεινή».
Για περισσότερα από 20 χρόνια, η Μπάρτον μελετά τη μικροσκοπική ζωή που βρίσκεται βαθιά κάτω από το έδαφος. Ωστόσο, αυτό που συνέβη στη συνέχεια ήταν μια έκπληξη, ακόμη και για την ίδια.
Ο Μπεχρέντ έριξε το φως ενός φακού στον τοίχο. Αν και η εσοχή ήταν εντελώς σκοτεινή, το φως αποκάλυψε ένα στρώμα από πράσινα μικρόβια στον τοίχο. Μεταγενέστερες δοκιμές αποκάλυψαν ότι ήταν κυανοβακτήρια. Ωστόσο, σε αντίθεση με τα περισσότερα βακτήρια, τα κυανοβακτήρια (γνωστά και ως μπλε-πράσινα φύκια) χρησιμοποιούν το φως του ήλιου για να παράγουν τροφή.
«Αρχίσαμε να προχωράμε όλο και πιο βαθιά μέσα στη σπηλιά», λέει ο Μπάρτον. «Τελικά φτάσαμε σε ένα σημείο όπου δεν μπορούσαμε να δούμε χωρίς να χρησιμοποιήσουμε φακούς. Χρειαζόμασταν φακούς κεφαλής για να μπορούμε να δούμε το χέρι μας μπροστά στο πρόσωπό μας, και παρόλα αυτά μπορούσαμε να διακρίνουμε πράσινο χρώμα στον τοίχο».
Τα φυτά είναι πράσινα λόγω μιας χημικής ουσίας που ονομάζεται χλωροφύλλη, η οποία απορροφά την ενέργεια του φωτός. Στη φωτοσύνθεση, αυτή η ενέργεια χρησιμοποιείται για να μετατρέψει το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό σε γλυκόζη και οξυγόνο. Η διαδικασία είναι σχεδόν η ίδια στα κυανοβακτήρια. Ωστόσο, εδώ, στο σπήλαιο, δεν υπήρχε ηλιακό φως.
Πώς δημιουργούνταν φως;
Αποδείχθηκε ότι τα κυανοβακτήρια στο σπήλαιο έχουν μια ειδική μορφή χλωροφύλλης που μπορεί να συλλάβει το φως του υπέρυθρου φωτισμού. Αυτό το φως έχει μεγαλύτερο μήκος κύματος από το ορατό φως και εμφανίζεται ακριβώς πριν από το υπέρυθρο στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Είναι αόρατο στο ανθρώπινο μάτι.
Ενώ τα φυτά και τα κυανοβακτήρια χρησιμοποιούν χλωροφύλλη για τη φωτοσύνθεση, τα κυανοβακτήρια στις σπηλιές του Κάρλσμπαντ χρησιμοποιούν χλωροφύλλη d και f, οι οποίες είναι ικανές να παράγουν ενέργεια από το εγγύς υπέρυθρο φως.
Αν και το ορατό φως μπορεί να διαπεράσει μόνο μερικές εκατοντάδες μέτρα μέσα στις σπηλιές, το εγγύς υπέρυθρο φως μπορεί να ταξιδέψει πολύ πιο μακριά λόγω της ανακλαστικής φύσης των ασβεστολιθικών πετρωμάτων. «Ο ασβεστολιθικός βράχος από τον οποίο αποτελείται η σπηλιά απορροφά σχεδόν όλο το ορατό φως, αλλά για το φως του υπέρυθρου, οι σπηλιές είναι σαν μια αίθουσα με καθρέφτες», λέει η Μπάρτον.
Στην πραγματικότητα, όταν οι ερευνητές μέτρησαν το φως στο βάθος της σπηλιάς, όπου ήταν πιο σκοτεινά, διαπίστωσαν ότι τα επίπεδα του εγγύς υπέρυθρου φωτός ήταν 695 φορές πιο συγκεντρωμένα από ό,τι στην είσοδο. Ταυτόχρονα, ενώ τα κυανοβακτήρια που περιέχουν χλωροφύλλη d και f ήταν παρόντα σε όλα τα μέρη του σπηλαίου, ήταν ιδιαίτερα συγκεντρωμένα στα πιο σκοτεινά και βαθιά σημεία.
Οι ερευνητές επισκέφθηκαν επίσης άλλα σπήλαια στο Εθνικό Πάρκο Κάρλσμπαντ Κάβερνς και εξέτασαν άλλα σπήλαια και σπηλιές εκτός των συνηθισμένων διαδρομών. Σε κάθε περίπτωση, βρήκαν μικροοργανισμούς που φωτοσυνθέτουν βαθιά κάτω από το έδαφος.
«Αποδείξαμε ότι όχι μόνο ζουν εκεί κάτω, αλλά και ότι φωτοσυνθέτουν σε ένα εντελώς προστατευμένο περιβάλλον, όπου πιθανότατα δεν έχουν αγγιχτεί για 49 εκατομμύρια χρόνια», λέει ο Μπεχρέντ.
Η Μπάρτον και ο Μπεχρέντ δεν είναι οι μόνοι επιστήμονες που ανακάλυψαν μικροοργανισμούς ικανούς να ζουν στο σκοτάδι.
Η ζωή εκτός Γης
Τα ευρήματα όλων των σχετικών ερευνών έχουν επιπτώσεις στο πώς θα μπορούσε να είναι η ζωή σε άλλους πλανήτες. Όταν αναζητείται ένας κατοικήσιμος εξωπλανήτης – ένας πλανήτης που περιστρέφεται γύρω από ένα άστρο σε άλλο ηλιακό σύστημα – είναι σημαντικό να λαμβάνεται υπόψη ο τύπος του άστρου γύρω από το οποίο περιστρέφεται. Στο Σύμπαν υπάρχουν επτά κατηγορίες άστρων (O, B, A, F, G, K και M), οι οποίες ταξινομούνται κατά φθίνουσα θερμοκρασία, από τα πιο καυτά έως τα πιο ψυχρά. Τα αστέρια τύπου O και B είναι τα πιο καυτά, τα πιο ογκώδη και τα πιο φωτεινά αστέρια στο σύμπαν. Χαρακτηρίζονται από το μπλε-λευκό χρώμα τους.
«Αυτά είναι ολοκαίνουργια αστέρια που μόλις έχουν συγχωνευθεί και γεννηθεί», λέει η Μπάρτον. «Παράγουν πολύ υπεριώδη ακτινοβολία, οπότε είναι τοξικά για τη ζωή».
Καθώς αυτά τα αστέρια γερνούν, κρυώνουν, μετατρέπονται σε αστέρια τύπου Α, F και τελικά σε αστέρια τύπου G. Τα αστέρια τύπου G, στα οποία ανήκει και ο Ήλιος μας, έχουν κίτρινο χρώμα. Αντιπροσωπεύουν τη «εφηβική» φάση της ζωής ενός αστεριού και εκπέμπουν φως στο ορατό φάσμα. Θεωρητικά, αυτά τα αστέρια θα ήταν καλές θέσεις για να αναζητήσουμε κατοικήσιμους κόσμους, αλλά τα αστέρια τύπου G αποτελούν μόνο το 8% του ενός δισεκατομμυρίου τρισεκατομμυρίων αστεριών που εκτιμάται ότι υπάρχουν στο σύμπαν. Επίσης, καταναλώνουν το καύσιμό τους σχετικά γρήγορα, πράγμα που σημαίνει ότι η ζωή μπορεί να υπάρχει μόνο για ένα μικρό χρονικό διάστημα.
Μόλις εξαντληθεί το καύσιμό τους και οι αστέρες τύπου G κρυώσουν, χάνουν μεγάλο μέρος της μάζας τους και γίνονται αστέρες μέσης ηλικίας. Αυτοί οι αστέρες τύπου K και M είναι γνωστοί ως κόκκινοι νάνοι λόγω του βαθύ κόκκινου χρώματός τους. Μέχρι στιγμής, και οι 5.000 εξωπλανήτες που έχουν ανακαλυφθεί βρίσκονται σε τροχιά γύρω από αστέρες τύπου M. Αυτό οφείλεται κυρίως στη μέθοδο που χρησιμοποιούν οι αστρονόμοι για να εντοπίζουν πλανήτες. Όταν ένας πλανήτης περνά μπροστά από ένα αστέρι, μειώνει προσωρινά τη φωτεινότητα του αστέρα. Οι επιστήμονες μπορούν να ανιχνεύσουν αυτή την προσωρινή μείωση της φωτεινότητας, αλλά μόνο αν το αστέρι είναι σχετικά αμυδρό.
Καθώς οι κόκκινοι νάνοι είναι αστέρια χαμηλής μάζας, οι πλανήτες τους τείνουν να περιστρέφονται σε κοντινή απόσταση, γεγονός που τους καθιστά ευκολότερο να εντοπιστούν. Ένας άλλος λόγος για τον οποίο τα αστέρια τύπου Μ έχουν αποδειχθεί τόσο αποδοτικά στην αναζήτηση εξωπλανητών από τους επιστήμονες είναι επειδή είναι τόσο άφθονα. Ωστόσο, επί του παρόντος, τα κόκκινα αστέρια νάνοι θεωρείται ότι έχουν μια πολύ στενή ζώνη ικανή να κατοικηθεί – την περιοχή που βρίσκεται πιο κοντά στο αστέρι, όπου οι συνθήκες δεν είναι ούτε πολύ ζεστές ούτε πολύ κρύες για να υπάρχει υγρό νερό στην επιφάνεια του πλανήτη.
Καθώς η ύπαρξη υγρού νερού είναι απαραίτητη για τη ζωή στη Γη, αυτό το μέτρο, γνωστό ως «ζώνη Goldilocks» του άστρου, είναι αυτό στο οποίο έχουν επικεντρωθεί οι αστροβιολόγοι στην αναζήτηση εξωγήινης ζωής. Μέχρι στιγμής, έχουν βρει δεκάδες υποψήφιους πλανήτες. Ωστόσο, δεν μπορούν όλοι αυτοί οι πλανήτες να συντηρήσουν ζωή, και η κατεύθυνση τηλεσκοπίων όπως το Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb (JWST) απαιτεί χρόνο και σημαντικούς πόρους.
Ένας άλλος σημαντικός παράγοντας που καθορίζει αν μπορεί να υπάρχει ζωή είναι αν μπορεί να πραγματοποιηθεί φωτοσύνθεση. Στη Γη, η φωτοσύνθεση αποτελεί τη βάση των περισσότερων τροφικών αλυσίδων και παρέχει το οξυγόνο που αναπνέουμε. Για το λόγο αυτό, είναι λογικό να περιορίσουμε την αναζήτηση σε πλανήτες που μπορούν να υποστηρίξουν τη φωτοσύνθεση. Αυτό θα μπορούσε να μειώσει δραστικά τη ζώνη γύρω από ένα άστρο όπου θα μπορούσε να υπάρχει ζωή.
«Η συντριπτική πλειοψηφία των άστρων στον γαλαξία μας είναι άστρα τύπου M και K», λέει η Μπάρτον. «Αυτό σημαίνει ότι τα περισσότερα άστρα στον γαλαξία μας εκπέμπουν φως στο υπέρυθρο κύμα, και όμως δεν γνωρίζουμε σχεδόν τίποτα για το πώς η φωτοσύνθεση και η ζωή θα μπορούσαν να επιβιώσουν υπό τις συνθήκες φωτός που θα παρήγαγε ένα τέτοιο άστρο».
Η Μπάρτον σκοπεύει να αλλάξει αυτή την κατάσταση. Μαζί με τον Μπεχρέντ, υπέβαλε πρόταση στη NASA για να εντοπίσει τα όρια στα οποία μπορεί να επιβιώσει η φωτοσυνθετική ζωή. Το έργο θα περιλαμβάνει την κατάδυση σε βάθος στις πιο σκοτεινές σπηλιές για να μετρηθεί με ακρίβεια πόσο φως χρειάζεται για να επιβιώσουν τα κυανοβακτήρια. Αυτές οι πληροφορίες μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν για να περιορίσουν την αναζήτηση κατοικήσιμων κόσμων.
Με πληροφορίες από BBC
