Ζωή στη λάβα: Πώς τα μικρόβια αποικίζουν νέα ενδιαιτήματα
Ζωή στη λάβα: Πώς τα μικρόβια αποικίζουν νέα ενδιαιτήματα
Η ζωή έχει έναν τρόπο να ανακάμπτει, ακόμη και μετά από καταστροφικά γεγονότα όπως δασικές πυρκαγιές ή ηφαιστειακές εκρήξεις. Ενώ η ανθεκτικότητα της φύσης στις φυσικές καταστροφές έχει αναγνωριστεί εδώ και καιρό, δεν είναι πολλά γνωστά για το πώς οι οργανισμοί αποικίζουν ολοκαίνουργια ενδιαιτήματα για πρώτη φορά. Μια νέα μελέτη με επικεφαλής μια ομάδα οικολόγων και πλανητικών επιστημόνων από το Πανεπιστήμιο της Αριζόνα παρέχει μια ματιά σε μια διαδικασία που δεν έχει κατανοηθεί πλήρως.
Η ομάδα διεξήγαγε έρευνα πεδίου στην Ισλανδία μετά από μια σειρά εκρήξεων του ηφαιστείου Fagradalsfjall, που βρίσκεται στο νοτιοδυτικό άκρο του νησιού. Το ηφαίστειο εξερράγη συνολικά τρεις φορές κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης, από το 2021 έως το 2023. Με κάθε έκρηξη, οι ροές λάβας κάλυπταν την τούνδρα γύρω από το ηφαίστειο, καλύπτοντας σε ορισμένα σημεία ακόμη και αποθέσεις λάβας από το προηγούμενο έτος.
«Η λάβα που βγαίνει από το έδαφος έχει θερμοκρασία πάνω από 1093 βαθμούς Κελσίου, οπότε προφανώς είναι εντελώς στείρα», δήλωσε ο Νάθαν Χάντλαντ, διδακτορικός φοιτητής στο Σεληνιακό και Πλανητικό Εργαστήριο του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια και πρώτος συγγραφέας μιας εργασίας που δημοσιεύτηκε στο Nature Communications Biology. «Είναι μια καθαρή βάση που ουσιαστικά παρέχει ένα φυσικό εργαστήριο για να κατανοήσουμε πώς τα μικρόβια την αποικίζουν».
Για να ξεδιαλύνουν την οικολογική δυναμική που εμπλέκεται σε αυτή τη διαδικασία, ο Χάντλαντ και η ομάδα του αναζήτησαν στοιχεία σχετικά με την προέλευση των μικροβίων που αποικίζουν τη φρέσκια λάβα. Συνέλεξαν δείγματα από μια ποικιλία διαφορετικών πιθανών πηγών, συμπεριλαμβανομένης λάβας που είχε στερεοποιηθεί λίγες ώρες πριν, νερού της βροχής και αερολυμάτων - σωματιδίων που αιωρούνται στον αέρα. Για να κατανοήσουν καλύτερα το περιβάλλον, πήραν δείγματα εδάφους και βράχων από τις γύρω περιοχές.
Στη συνέχεια, οι ερευνητές εξήγαγαν DNA από αυτά τα δείγματα και χρησιμοποίησαν εξελιγμένες στατιστικές τεχνικές και τεχνικές μηχανικής μάθησης για να εντοπίσουν τους οργανισμούς που υπάρχουν στις φρέσκες ροές λάβας, τη σύνθεση αυτών των μικροοικοτόπων και την προέλευσή τους.
Ενώ η Ισλανδία δέχεται σημαντική ποσότητα βροχοπτώσεων, τα φρεσκοαποτιθέμενα πετρώματα λάβας δεν συγκρατούν πολύ νερό και περιέχουν ελάχιστα έως καθόλου οργανικά θρεπτικά συστατικά, εξήγησε ο Χάντλαντ. Για να ευδοκιμήσουν σε αυτό το σπάνιο περιβάλλον, οι οργανισμοί πρέπει να αντιμετωπίσουν πολύ χαμηλές ποσότητες νερού και θρεπτικών συστατικών.
«Αυτές οι ροές λάβας είναι από τα περιβάλλοντα με τη χαμηλότερη βιομάζα στη Γη», δήλωσε η συν-συγγραφέας Solange Duhamel, αναπληρώτρια καθηγήτρια στο Τμήμα Μοριακής και Κυτταρικής Βιολογίας του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια, στο Κολλέγιο Επιστημών, καθώς και στο LPL. «Είναι συγκρίσιμες με την Ανταρκτική ή την έρημο Atacama στη Χιλή, κάτι που δεν προκαλεί έκπληξη αν σκεφτεί κανείς ότι ξεκινούν ως ένα κενό φύλλο. Αλλά τα δείγματά μας αποκάλυψαν ότι μονοκύτταροι οργανισμοί τις αποικίζουν αρκετά γρήγορα».
Καθώς τα μικρόβια αποίκισαν το νέο βιότοπο, η βιοποικιλότητα αυξήθηκε κατά τη διάρκεια του πρώτου έτους μετά την έκρηξη. Αλλά μετά τον πρώτο χειμώνα, η ποικιλομορφία «μειώθηκε», σύμφωνα με τον Hadland, πιθανώς επειδή οι εποχιακές μεταβολές στις περιβαλλοντικές συνθήκες επέλεγαν ένα συγκεκριμένο υποσύνολο που θα μπορούσε να επιβιώσει από αυτές τις συνθήκες. Με κάθε επόμενο χειμώνα, οι αναλύσεις αποκάλυψαν μικρότερη εναλλαγή και έδειξαν ότι η ποικιλομορφία σταθεροποιήθηκε με την πάροδο του χρόνου. Με όλα αυτά τα δεδομένα, άρχισε να διαμορφώνεται μια εικόνα.
Μεταβολή στη σχετική αφθονία των φύλων προκαρυωτικών ως συνάρτηση της ηλικίας των πετρωμάτων λάβας και διαχωρισμός από την έκρηξη. Λιγότερο άφθονα φύλα συνενώθηκαν στην ενότητα «Άλλα», αλλά μπορούν να βρεθούν λεπτομερώς στα Συμπληρωματικά Δεδομένα 2.
Τα «τρομερά μικρόβια» μπαίνουν πρώτοι.
«Φαίνεται ότι οι πρώτοι αποικιστές είναι αυτά τα «άξεστα» μικρόβια, ελλείψει καλύτερου όρου, αυτά που μπορούν να επιβιώσουν σε αυτές τις αρχικές συνθήκες», είπε ο Χάντλαντ, «επειδή δεν υπάρχει πολύ νερό και υπάρχουν πολύ λίγα θρεπτικά συστατικά. Ακόμα και όταν βρέχει, αυτά τα πετρώματα στεγνώνουν πολύ γρήγορα».
Κατά τη διάρκεια των επόμενων μηνών και των εποχιακών μεταβολών, αποκάλυψε η μελέτη, η μικροβιακή κοινότητα αρχίζει να σταθεροποιείται, καθώς περισσότεροι μικροοργανισμοί προστίθενται με το νερό της βροχής και «μετακινούνται» από γειτονικές περιοχές.
Ένα σημαντικό εύρημα της μελέτης επεσήμανε ότι το νερό της βροχής παίζει κρίσιμο ρόλο στη διαμόρφωση των μικροβιακών κοινοτήτων στην πρόσφατα εναποτιθέμενη λάβα, σύμφωνα με τους ερευνητές.
«Αρχικά, φαίνεται ότι οι αποικιστές προέρχονται κυρίως από το έδαφος που εκτοξεύεται στην επιφάνεια της λάβας, καθώς και από αερολύματα που εναποτίθενται», είπε ο Χάντλαντ. «Αργότερα όμως, μετά από εκείνη τη χειμερινή μετατόπιση στην ποικιλομορφία που παρατηρήσαμε, βλέπουμε ότι τα περισσότερα μικρόβια προέρχονται από το νερό της βροχής, και αυτό είναι ένα αρκετά ενδιαφέρον αποτέλεσμα».
Οι επιστήμονες γνωρίζουν εδώ και καιρό ότι το νερό της βροχής δεν είναι αποστειρωμένο. Τα μικρόβια στην ατμόσφαιρα, είτε ελεύθερα επιπλέουν είτε προσκολλημένα σε σωματίδια σκόνης, μπορούν ακόμη και να λειτουργήσουν ως πυρήνες συμπύκνωσης νεφών, τα οποία είναι μικροσκοπικά σωματίδια που προσφέρουν στους υδρατμούς μια επιφάνεια για να προσκολληθούν και να αναπτυχθούν σε μικροσκοπικά σταγονίδια. Με άλλα λόγια, μικροσκοπικά, αόρατα πλάσματα μπορεί να παίζουν τεράστιους ρόλους στα καιρικά και κλιματικά φαινόμενα.
«Το να βλέπουμε αυτή την τεράστια αλλαγή μετά τον χειμώνα ήταν πραγματικά εκπληκτικό», είπε ο Duhamel, «και το γεγονός ότι ήταν τόσο επαναλήψιμη και συνεπής κατά τη διάρκεια των τριών διαφορετικών εκρήξεων - δεν το περιμέναμε αυτό».
Ενώ προηγούμενες μελέτες έχουν εξετάσει τον τρόπο με τον οποίο οι οργανισμοί αποικίζουν το ενδιαίτημα, οι περισσότερες από αυτές επικεντρώνονται στη δευτερογενή οικολογική διαδοχή - τον τεχνικό όρο για τους οργανισμούς που ανακτούν το διαταραγμένο ενδιαίτημα - και στη μακροοικολογία, με άλλα λόγια, στα φυτά και τα ζώα. Αλλά η έρευνα σε αυτή την εργασία είναι η πρώτη εις βάθος ματιά στην πρωτογενή διαδοχή από μικρόβια - οργανισμούς που μετακινούνται σε νέο ενδιαίτημα καθώς αυτό σχηματίζεται, σύμφωνα με τους συγγραφείς. Και σε αντίθεση με προηγούμενες έρευνες που βασίστηκαν σε δείγματα που συλλέχθηκαν μήνες μετά από μια ηφαιστειακή έκρηξη, η ομάδα του Hadland έλαβε δείγματα από ροές λάβας μόλις αυτές κρύωναν. Τέλος, επειδή οι εκρήξεις διαρκούσαν πάνω από τρία χρόνια, η ομάδα μπόρεσε να συνθέσει μια οικολογική εικόνα με πρωτοφανή ανάλυση.
«Το γεγονός ότι καταφέραμε να το κάνουμε αυτό τρεις φορές - μετά από κάθε έκρηξη στην ίδια περιοχή - είναι αυτό που κάνει το έργο μας να ξεχωρίζει», είπε ο Χάντλαντ. «Στην επιστήμη, θέλουμε να μετράμε τα πράγματα τρεις φορές - αυτό που ονομάζουμε «τριπλό», αν είναι δυνατόν, και αυτό είναι πολύ σπάνιο σε ένα φυσικό περιβάλλον. Για αυτή τη μελέτη, η φύση ουσιαστικά μας δίνει ένα τριπλό».
Από την Αριζόνα στην Ισλανδία και στον Άρη
«Για πρώτη φορά, αρχίζουμε να αποκτούμε μια μηχανιστική κατανόηση του πώς μια βιολογική κοινότητα δημιουργήθηκε με την πάροδο του χρόνου, από την αρχή κιόλας», δήλωσε ο Duhamel, προσθέτοντας ότι μία από τις επιπτώσεις της μελέτης είναι να ενημερώσει ενδεχομένως για την κατοικησιμότητα σε άλλους κόσμους όπως ο Άρης.
Το μεγαλύτερο μέρος της επιφάνειας του Άρη είναι βασαλτικό και έχει τροποποιηθεί από ηφαιστειακές διεργασίες όπως ακριβώς και η Γη, εξήγησε ο Ντουχάμελ, παρόλο που η ηφαιστειακή δραστηριότητα έχει ηρεμήσει σημαντικά στον Άρη.
«Η ηφαιστειακή δραστηριότητα διοχετεύει πολλή θερμότητα στο σύστημα και απελευθερώνει πτητικά αέρια, μπορεί να λιώσει παγωμένο νερό κάτω από την επιφάνεια», δήλωσε ο Duhamel. «Μπορούμε να παρατηρήσουμε αυτά τα εκτεταμένα, μεγάλα ηφαιστειακά εδάφη στον Άρη με τηλεπισκόπηση, και έτσι η ιδέα είναι ότι οι προηγούμενες ηφαιστειακές εκρήξεις θα μπορούσαν να έχουν δημιουργήσει παροδικές περιόδους κατοικησιμότητας».
Το πώς τα μικρόβια θα μπορούσαν ενδεχομένως να αποικίσουν νέα περιβάλλοντα και η αποκάλυψη των προτύπων χωρικής κατανομής τους αποτελεί ένα πρώτο βήμα προς τη διερεύνηση των δυνατοτήτων ζωής σε άλλους πλανήτες. Νωρίτερα φέτος, ο Duhamel ήταν μέλος μιας ομάδας ερευνητών του Πανεπιστημίου του Αϊόβα που επιλέχθηκαν για το εναρκτήριο βραβείο «Big Idea Challenge», το οποίο χορηγείται από το Γραφείο Έρευνας και Συνεργασιών. Οι ομάδες που θα συμμετάσχουν στον τελικό διαγωνισμό θα λάβουν 250.000 δολάρια για δύο χρόνια και στρατηγική καθοδήγηση για την υποστήριξη έρευνας που αναζητά νέες λύσεις σε μεγάλες προκλήσεις.
«Μπορούμε να αρχίσουμε να αντιμετωπίζουμε ερωτήματα όπως: «Πώς επηρεάζει η ηφαιστειακή δραστηριότητα την κατοικησιμότητα;» «Πώς εκμεταλλεύονται τα μικρόβια αυτά τα είδη περιβαλλόντων;» και να εφαρμόσουμε τις απαντήσεις σε παρόμοια είδη συστημάτων που έχουμε παρατηρήσει στον Άρη», δήλωσε ο Duhamel. «Η κατανόηση του πώς η ζωή θα μπορούσε να εγκατασταθεί σε μια νέα ροή λάβας στην επιφάνεια του Άρη, ή τουλάχιστον πώς θα μπορούσε να το είχε κάνει στο παρελθόν και η γνώση του είδους των βιο-υπογραφών που θα πρέπει να αναζητήσουμε και θα μπορούσαμε ενδεχομένως να ανακτήσουμε είναι ένα κρίσιμο βήμα προς αυτή την κατεύθυνση».
Συν-συγγραφείς της εργασίας είναι ο Christopher Hamilton, αναπληρωτής καθηγητής στο Τμήμα Πλανητικών Επιστημών του Πανεπιστημίου της Ισλανδίας, και ο Snædís Björnsdóttir από το Πανεπιστήμιο της Ισλανδίας στο Ρέικιαβικ.
Γεωδίφης με πληροφορίες από τη σελίδα astrobiology
περισσότερα,
Three eruptions at the Fagradalsfjall Volcano in Iceland show rapid and predictable microbial community establishment-Nathan Hadland, Christopher W. Hamilton, Snædís Björnsdóttir & Solange Duhamel
https://www.nature.com/articles/s42003-025-09044-1
Πανεπιστήμιο της Αριζόνα
https://astrobiology.com/2025/12/life-on-lava-how-microbes-colonize-new-habitats.html