سلول‌های زیر زمین چگونه بدون نور «اکسیژن تاریک» تولید می‌کنند

در دنیایی که نور خورشید بر آن می‌تابد، فتوسنتز اکسیژن مورد نیاز حیات را فراهم می‌کند. اما در اعماق زمین، زندگی راه‌های دیگری برای ادامه دادن پیدا می‌کند.

دانشمندان دریافته‌اند که در خاک و صخره‌های زیر پای ما زیست‌کره‌ای وسیع وجود دارد. درباره‌ی این موجودات زیرزمینی که بیشتر توده میکروبی سیاره را تشکیل می‌دهند و تنوعشان ممکن است از تنوع اشکال حیات ساکن در سطح زمین بیشتر باشد، اطلاعات کمی وجود دارد.

وجود میکروب‌های زیرزمینی با معمای بزرگی همراه است: پژوهشگران غالبا تصور می‌کردند که بیشتر قلمروهای زیرزمینی، نواحی مرده‌ای هستند که کمبود اکسیژن دارند و فقط میکروب‌های اولیه‌ای در آن‌ها زندگی می‌کنند که به کمک مواد مغذی ناچیز خود را حفظ می‌کنند. این تصور وجود داشت که با کاهش منابع و در اعماق بیشتر، محیط زیرزمینی باید فاقد حیات باشد. اما در پژوهشی که در مجله‌ی Nature Communications منتشر شده است، فرضیات یادشده به چالش کشیده می‌شود.

دانشمندان در مخازن آب زیرزمینی در عمق ۲۰۰ متری زیر میدان‌های سوخت فسیلی آلبرتا در کانادا، میکروب‌های فراوانی را کشف کردند که حتی در غیاب نور مقادیر زیادی اکسیژن تولید می‌کنند. مقدار گاز منتشرشده از این سلول‌ها آنقدر زیاد است که شرایط مساعدی برای زندگی وابسته به اکسیژن در آب‌های زیرزمینی و لایه‌های اطراف ایجاد می‌کند.

پژوهش‌های گذشته اغلب مکانیسم‌هایی را بررسی کرده‌اند که می‌توانند هیدروژن و برخی از مولکول‌های حیاتی دیگر را تولید کنند که برای زندگی زیرزمین مورد نیاز است، اما تولید مولکول‌های حاوی اکسیژن تا حد زیادی نادیده گرفته شده است، زیرا چنین مولکول‌هایی در محیط زیرزمین به سرعت مصرف می‌شوند.

امیل راف، پژوهشگر آزمایشگاه زیست‌شناسی دریا در وودز هول ماساچوست و همکارانش پس از نمونه‌گیری از آب‌های زیرزمینی از ۹۵ چاه در آلبرتا بررسی میکروسکوپی اولیه را شروع کردند: آن‌ها سلول‌های میکروبی موجود در نمونه‌های آب زیرزمینی را با رنگ مخصوص اسید نوکلئیک رنگ‌آمیزی و از میکروسکوپ فلوئورسانس برای شمارش آن‌ها استفاده کردند. پژوهشگران همچنین به کمک تاریخ‌گذاری پرتوسنجشی ماده آلی موجود در نمونه‌ها و بررسی عمقی که از آن جمع‌آوری شده بودند، قدمت سفره‌های آب زیرزمینی را تعیین کردند.

بسیاری از میکروب‌های موجود در نمونه‌ها آرکئاهای متانوژن‌ (متان‌زا) بودند: میکروب‌های ساده تک‌سلولی که پس از مصرف هیدروژن و کربنی که از سنگ‌ها یا مواد آلی پوسیده تراوش می‌کند، متان تولید می‌کنند. باکتری‌هایی فراوانی نیز وجود داشتند که از متان یا مواد معدنی موجود در آب تغذیه می‌کردند.

آنچه منطقی به‌نظر نمی‌رسید، حضور باکتری‌های هوازی فراوان بود، یعنی میکروب‌هایی که برای مصرف متان و ترکیبات دیگر به اکسیژن نیاز دارند. چگونه میکروب‌های هوازی می‌توانند در آب‌های زیرزمینی که به علت ناممکن‌بودن فتوسنتز نباید اکسیژن داشته باشند، رشد کنند؟ تجزیه‌و‌تحلیل‌های شیمیایی، اکسیژن محلول فراوانی را در نمونه‌های آب‌های زیرزمینی در عمق ۲۰۰ متری نیز آشکار کرد. باورکردنی نبود. دانشمندان فکر کردند نمونه آلوده شده است.