Wyobraź sobie miejsce, gdzie panuje ekstremalne ciśnienie, temperatura grzeje jak w środku wulkanu, a do tego wszystko jest skąpane w niebezpiecznym promieniowaniu. Brzmi jak scena z filmu science fiction, prawda? A jednak, gdzieś głęboko pod powierzchnią oceanu, w takich warunkach żyje organizm, który potrafi przetrwać dawki promieniowania tysiące razy wyższe niż śmiertelne dla człowieka. I co najdziwniejsze, nie pochodzi z miejsca katastrofy nuklearnej.
Nie z Czarnobyla, a z dna oceanu
Kiedy myślimy o organizmach odpornych na promieniowanie, pierwsze co przychodzi na myśl to miejsca takie jak Czarnobyl czy Fukushima. To tam, w wyniku katastrof, środowisko zostało zalane niebezpiecznym promieniowaniem. Logiczne wydaje się, że życie mogło ewoluować strategie radzenia sobie z taką ekspozycją.
Jednak jeden z najbardziej odpornych na promieniowanie organizmów, jakie kiedykolwiek odkryto, wcale nie pochodzi z napromieniowanych terenów. Mowa o archeonie o nazwie Thermococcus gammatolerans. Jest on w stanie wytrzymać niezwykle wysokie dawki promieniowania – aż 30 000 grejów. To 6000 razy więcej niż dawka całkowita, która może zabić człowieka w ciągu kilku tygodni.
Dom wulkanicznego szaleństwa
Gdzie więc żyje to niezwykłe stworzenie? W Zatoce Guaymas, w Zatoce Kalifornijskiej, na głębokości około 2600 metrów pod powierzchnią oceanu, znajdują się kominy hydrotermalne. Wydzielają one supergorące, bogate w minerały płyny w otaczającą ciemność. To właśnie tam T. gammatolerans znalazł swój dom, z dala od jakichkolwiek ludzkich struktur, nie wspominając już o reaktorach jądrowych.
Pole hydrotermalne Guaymas to obszar, gdzie dno oceaniczne pęka, pozwalając wulkanicznemu ciepłu i chemii przenikać do wody. Między miażdżącym ciśnieniem wody na głębokościach bez światła a ekstremalnym gorącem, te środowiska są olśniewająco niegościnne dla ludzi. Naturalne jest więc, że chcemy wiedzieć, jak życie radzi sobie, nie tylko przetrwać, ale wręcz się w nich rozwijać.
Tajemnica tkwi w... zwyczajności?
T. gammatolerans został odkryty dekady temu, gdy naukowcy za pomocą łodzi podwodnej pobrali próbkę mikroorganizmów żyjących na kominie hydrotermalnym. Po powrocie do laboratorium, zespół kierowany przez mikrobiologa Edmonda Joliveta z francuskiego Narodowego Centrum Badań Naukowych poddał kultury mikrobowe działaniu 30 000 grejów promieniowania gamma ze źródła cezu-137. Jeden gatunek szczególnie nadal rósł, nawet po napromieniowaniu.
Tym gatunkiem okazał się archeon, który otrzymał nazwę T. gammatolerans. Spokojnie żył sobie przy kominach Guaymas, posiadając odporność na coś, na co z pewnością nie był szczególnie narażony. Oczywiście, nie oznacza to, że nie potrafi sobie radzić z niebezpieczeństwami. T. gammatolerans rozwija się w temperaturach około 88 stopni Celsjusza i odżywia się związkami siarki.
Jednak jego odporność na promieniowanie nie wydawała się kluczowa dla przetrwania. Zanim zespół Joliveta wprowadził źródło cezu-137, promieniowanie po prostu nie wchodziło w grę.
Tajemnica pogłębiła się w 2009 roku, kiedy to badano genom T. gammatolerans. Zespół Fabrice'a Confalonieriego z Uniwersytetu Paris-Saclay spodziewał się znaleźć zaskakująco dużą proporcję genów odpowiedzialnych za ochronę i naprawę DNA. Ku ich zdziwieniu, nie znaleziono żadnych oczywistych nadmiarów mechanizmów naprawy DNA. Zestaw T. gammatolerans był zaskakująco normalny.
Jak to możliwe?
Jeśli odpowiedź nie tkwiła w DNA, być może można ją znaleźć w samym uszkodzeniu? W 2016 roku zespół Jeana Bretona z Uniwersytetu Grenoble Alpes zbadał, co dokładnie promieniowanie jonizujące robi T. gammatolerans i jak mikroorganizm na to reaguje. Badacze wystawili kolonie archeonu na działanie promieniowania gamma z cezu, w dawkach do 5000 grejów i zarejestrowali wyniki.
Ich eksperymenty wykazały, że promienie gamma nadal uszkadzają DNA T. gammatolerans – ten mikroorganizm nie jest niezniszczalny – ale uszkodzenia oksydacyjne spowodowane przez wolne rodniki, uwalniane przez promieniowanie, były znacznie niższe niż oczekiwano.
Co ciekawe, większość tych uszkodzeń została naprawiona w ciągu godziny, a enzymy naprawcze były w pogotowiu do błyskawicznego działania.
Choć nadal nie wiemy dokładnie, dlaczego T. gammatolerans jest tak skuteczny w ograniczaniu i naprawianiu uszkodzeń popromiennych, naukowcy podejrzewają, że jego środowisko odgrywa kluczową rolę. Życie przy kominach hydrotermalnych oznacza ciągłą ekspozycję na ekstremalne gorąco, stres chemiczny i reaktywne cząsteczki – **warunki te również mogą uszkadzać DNA.**
Systemy, które pomagają mikrobowi przetrwać wrzącą, beztlenową ciemność, mogą go również chronić przed promieniowaniem jonizującym. Presje ewolucyjne, które ukształtowały T. gammatolerans do życia w pobliżu kominów hydrotermalnych, mogły również – jako produkt uboczny – dać mu niezwykłą zdolność do wytrzymywania dawek promieniowania, które zabiłyby znacznie większe organizmy.
Ewolucja "wystarczająco dobrego" rozwiązania
T. gammatolerans nie jest specjalistą od promieniowania; nie miał ku temu powodu. Jest mało prawdopodobne, aby na przestrzeni milionów lat w głębinach morskich doświadczał on takiego rodzaju ciągłego, intensywnego promieniowania, które kształtowałoby jego biologię. W ewolucji istnieje koncepcja "przetrwania wystarczająco dobrego". Systemy, które pozwalają T. gammatolerans przetrwać wrzącą wulkaniczną chemię na dnie morza, były "wystarczająco dobre" dla życia przy kominie hydrotermalnym.
To, że jednocześnie czynią go zdumiewająco odpornym na promieniowanie, jest jednym z tych rzadkich momentów, kiedy "wystarczająco dobre" okazuje się być niezwykłe.
Co sądzisz o zdolnościach tego niewielkiego organizmu? Czy wiesz o innych przykładach, gdzie środowisko nadało organizmom niezwykłe cechy?
