האם חיידק המסתדר בתנאים קיצוניים בלי אור וחמצן יכול להעיד על קיום חיים גם בסביבות דומות מחוץ לכדור הארץ?

תחום האסטרוביולוגיה, העוסק באפשרות של חיים בעולמות אחרים, שואל בין השאר  –מהי ההגדרה של חיים, איך החיים נוצרו ומה מניע חיים לגדול ולהתפשט. נכון לעכשיו, ההגדרה המדעית של "חיים" כוללת: חלקיק עטוף בקרום בעל חדירות חלקית, כך שרק חומרים מסוימים יכולים להיכנס לתוכו או לצאת ממנו; בעל מקור אנרגיה להנעת תהליכים פיזיקליים ותגובות כימיות; מקיים מטבוליזם, כלומר תהליכי ייצור ופירוק של חומרים; וכן יכולת שכפול עצמי, המבוססת על צופן המקודד על ידי מולקולות יציבות למחצה.

רוב החיים המוכרים לנו על כדור הארץ מבוססים על אנרגיית השמש: צמחים ואצות מנצלים אותה לפוטוסינתזה, וצורות החיים האחרות אוכלות את הצמחים והאצות האלה, או את היצורים שאוכלים אותם, ומפיקות מהם את האנרגיה הכימית. חיידקים מסוגלים עם זאת להשתמש באנרגיה גם ממקורות אחרים, כמו אנרגיה כימית מפירוק חומרים שונים וישירות מיסודות מסוימים. במחקר חדש מציגים חוקרים מברזיל מודל המסביר כיצד חיידק שהתגלה במכרה עמוק מסתדר כפי הנראה עם אנרגיה ממקור ייחודי – חום מבטן האדמה.

החוקרים מאוניברסיטת סאו פאולו וממעבדת סינכרוטרון ואור ברזיל הציעו מודל המבוסס על עבודה קודמת שנעשתה עם חיידק שבודד ממכרה זהב בדרום אפריקה. החיידק ששמו הזמני Desulforudis audaxviator חי בעומק 2.8 קילומטר בסביבה בלי אור, עם לחץ אטמוספרי גבוה וטמפרטורה של 40 – 60 מעלות צלזיוס. הסביבה עתירת אנרגיה כימית הנובעת מדעיכה טבעית של חומרים רדיואקטיביים.

החוקרים מציעים מודל של חיים בסביבה הקיצונית הזו, במערכת אקולוגית הכוללת רק מין אחד – את החיידק האמור. המודל מספק הסבר אפשרי כיצד החיידק מנצל את המשאבים המוגבלים מאוד בבית הגידול הזה כדי לספק את הצרכים לקיומו.

על פי המודל הזה, החיידק משתמש במימן (H2) ובסולפט (SO4-2) לתהליכי הפקת האנרגיה שלו. מהיכן הוא מקבל אותם? המקור העיקרי הוא מינרל בשם פיריט, תרכובת של ברזל וגופרית שצבעה הנוצץ העניק לה את הכינוי "זהב שוטים". בית הגידול מכיל חומרים רדיואקטיביים כמו אורניניט (uraninite) UO2, וההתפרקות הרדיואקטיבית גורמת לפירוק של מולקולות מים, וליצירת מי חמצן ומולקולות מימן. מי החמצן מגיבים עם הפיריט ליצירת סולפט, שאותו החיידק יכול לפרק בעזרת מימן בתהליך המפיק את האנרגיה הדרושה לתהליכי החיים בתא.

מושבה של חיידקי Desulforudis audaxviator, צילום במיקרוסקופ אלקטרונים | מקור: ויקיפדיה, נחלת הכלל
מושבה של חיידקי Desulforudis audaxviator, צילום במיקרוסקופ אלקטרונים | מקור: ויקיפדיה, נחלת הכלל

חיים במקומות אחרים

אירופה, גנימדס, אנקלדוס וקליסטו הם ירחים של כוכבי הלכת צדק ושבתאי, ומעריכים כי יש עליהם  אוקיינוסים של מים נוזליים מתחת לשכבה חיצונית של קרח או סלעים שעובייה עשרות קילומטרים. על פי הערכות, מקור החום המאפשר למים להיות במצב נוזלי הוא תנועה של גלעין הירח בעקבות הכבידה של כוכב הלכת עצמו. ושאלת השאלות היא אם יש חיים במים האלה.

המחקר החדש חושף מנגנון של חיידק המסתדר עם מקור אנרגיה יחיד – חום המגיע מבטן האדמה. החיידק הזה מסתדר בסביבה קיצונית למדי, בלי חמצן, עם מעט מים ועם קרינה חזקה, ומתקיים בזכות מינרלים נפוצים למדי במערכת השמש, כמו פיריט וסולפט. עצם קיומו של חיידק כזה על כדור הארץ, מעורר תקווה למצוא אותו, גם במקומות אחרים במערכת השמש שתנאי החיים בהם עשויים להיות דומים, כמו למשל מתחת לקרח של אותם ירחים של צדק ושבתאי.

על אף הדמיון האפשרי בין תנאי החיים במכרה בדרום אפריקה לירחים הגדולים של מערכת השמש, החוקרים מסייגים את התקווה שהם מציעים. לא בטוח שאכן יש בעומק הירחים האלה מקורות דומים המספקים די אנרגיה לקיום מערכת כזאת. פה, בעיה נוספת היא שעל פי המודל שלהם נוצרים בתהליך מי חמצן הדרושים לפירוק הפיריט, אבל מי חמצן רעילים לחיידקים, וגם אם הם נוצרים, זה צריך להיות בריכוז נמוך או במרחק מסוים מהחיידקים עצמם. 

אחד האתגרים של נאס"א ושל סוכנויות חלל אחרות לשנים הבאות הוא לשגר חלליות שינסו לחפש סימני חיים מתחת לשכבות הקרח החיצוניות של ירחי צדק ושבתאי. זיהוי של חיידקים המסוגלים להתקיים בתנאי קיצון כאלה על כדור הארץ מחזק את התקווה שאולי יש חיים דומים באותם עולמות, וגם מאפשר לחוקרים למקד את החיפוש בחתימות כימיות שיכולות להעיד על צורות חיים כאלה.