חוקרים הצליחו לגדל חיידקים מסלעים מבודדים בני מאה מיליון שנים שנדגמו בקרקעית האוקיינוס. הרכב החיידקים מפתיע, וכולל חיידקים פוטוסינתטיים – באחד המקומות החשוכים ביותר בכדור הארץ
בקרקעית האוקיינוס יש בוץ. ומתחת לבוץ יש סלעים בני עשרות ומאות מיליוני שנים. קיומם של חיידקים מתחת לקרקעית האוקיינוס ידוע כבר משנות ה-50 של המאה ה-20. למעשה, ההערכות כיום הן שחלק הארי של הביומסה של החיידקים בכדור הארץ נמצא בסלעים אלה. אך עד לאחרונה לא היה מידע על יכולתם של חיידקים אלה להתרבות, או בכלל לקיים תהליכים מטבוליים. עתה, חוקרים מיפן ומארצות הברית מצאו שחיידקים מסלעים בני 101.5 מיליון שנים מקרקעית האוקיינוס השקט מסוגלים להטמיע פחמן וחנקן, לנצל חמצן כדי להפיק אנרגיה, ולהתרבות. המחקר פורסם בכתב העת Nature Communications.
פומיו אינאגאקי (Inagaki) מהסוכנות היפנית למדע ולטכנולוגיה של הים וכדור הארץ, סטיבן ד'הונדט (D’Hondt) מאוניברסיטת רוד-איילנד בארצות הברית וחברי קבוצותיהם עקבו אחר כ-7,000 חיידקים מליבות סלע שנדגמו מקרקעית האוקיינוס השקט ממזרח לניו-זילנד. למרות העומק הרב, מחקרים קודמים הראו שהסלעים מכילים חמצן מומס, כמו גם תרכובות חנקן, זרחן ופחמן הדרושות לחיים. הסלעים הקדומים מורכבים מחימר, אך מעל החימר נמצאת שכבת פורצלניט – סלע קשה הדומה לפורצלן – שהחוקרים משערים שמנע נדידה של חיידקים מהשכבות העליונות (כלומר מקרקעית האוקיינוס) לשכבות התחתונות הקדומות. כלומר, החיידקים שבשכבות התחתונות נמצאים שם, ככל הנראה, זה כ-100 מיליון שנים.
דגימות של אלפי מיקרואורגניזמים. ד'הונדט (מימין) עם שניים מעמיתיו בהפלגת המחקר לקידוח הסלעים | צילום: IODP JRSO
החוקרים יצרו במעבדה סביבה דלת חמצן (3.3 אחוזי חמצן) בעבור החיידקים, ו"האכילו" אותם תרכובות המכילות איזוטופים כבדים של חנקן או פחמן. האיזוטופים הכבדים אפשרו לחוקרים להבדיל בין מולקולות המכילות פחמן וחנקן "רגיל", שכבר נמצאו בחיידקים, לבין מולקולות כבדות יותר – שמעידות כי החיידקים הטמיעו את התרכובות שניתנו להם. החוקרים מצאו שכל החיידקים הטמיעו את התרכובות שניתנו להם והחלו להתחלק, ובתוך חודשיים גדל מספרם לפי 10 אלפים ממספרם ההתחלתי. לעומת זאת, חיידקים מסלע בן 65 מיליון שנים שהודגרו בסביבה חסרת חמצן הטמיעו מעט מאוד מהתרכובות שניתנו להם, ונראה כי מספרם גדל רק פי עשרה. החוקרים משערים שהחמצן המועט שהיה כלוא בסלע זה הספיק לחיידקים לכמה חלוקות בלבד בטרם אזל. חוסר יכולתם של החיידקים להתרבות ללא חמצן מעיד כי החיידקים הכלואים בסלעים העתיקים הם חיידקים אווירניים, כלומר חיידקים נושמי חמצן, וכי הסלעים כמעט אינם מכילים חיידקים אל-אווירניים, שאינם זקוקים לחמצן. החוקרים משערים שלאורך העידנים הגיאולוגיים, החמצן בסלעים – אפילו בריכוז נמוך – היה רעיל לחיידקים אל-אווירניים, וכל חיידק מסוג זה שהיה שם – לא שרד.
חימר מקרקעית האוקיינוס. מדענים נוטלים דגימות מתוך החומר שהועלה בקידוחי הקרקעית | צילום: IODP JRSO
חיידקים פוטוסינתטיים בחשכה
בדיקה גנטית הראתה כי יש בסלעים חיידקים ממאות מינים, השייכים לקבוצות שונות. שבעה אחוזים מהאורגניזמים בסלע הצעיר ביותר – 13 וחצי מיליון שנים – כלל לא היו חיידקים אלא ארכאונים, יצורים חד-תאיים השייכים לממלכה נפרדת מהחיידקים ונמצאים בדרך כלל בסביבות ששוררים בהן תנאים קיצוניים. כל הארכאונים שבסלעים שייכים לאותם שישה מינים. באופן מפתיע, החוקרים מצאו בסלע הצעיר גם חיידקים כחוליים (Cyanobacteria, המכונים לעיתים גם "אצות כחוליות") – חיידקים המבצעים פוטוסינתזה. לא ברור כיצד חיידקים הזקוקים לאור שרדו בחשכה שבתוך הסלעים האלה.
בעבר שיערו חוקרים שרוב החיידקים שיימצאו בסלעים מתחת לאוקיינוס יהיו חיידקים בעלי נבגים, כיוון שנבגים מסוגלים לשרוד בתנאים קשים וקיצוניים. אולם אינאגאקי ושותפיו מצאו שרק 2.5 אחוזים מהחיידקים שבסלע העתיק ביותר הם קרובי משפחה של חיידקים נושאי נבגים בני זמננו.
המחקר של אינאגאקי ושותפיו מראה שחיידקים שומרים על פעילות מטבולית איטית, שמאפשרת חיים, גם בסלעים בני עשרות מיליוני שנים הקבורים מתחת לקרקעית האוקיינוס. לממצאים יש חשיבות רבה בהערכות של תרומת החיידקים למאזן הביו-גיאוכימי בקרקעית האוקיינוס ובכלל. אולם הממצא חשוב גם לתחום האסטרוביולוגיה – חקר החיים מחוץ לכדור הארץ. ייתכן שלא נמצא חיים על פני השטח של מאדים או כוכבי לכת וגופים אחרים במערכת השמש, ואף על פי כן עדיין יהיו חיים כאלה – עמוק מתחת לפני השטח.
