Duboko u geološkoj prošlosti našeg planeta, prije između 720 i 635 milijuna godina, Zemlja se suočila s jednim od svojih najdramatičnijih klimatskih iskušenja. Tijekom razdoblja poznatog kao kriogenij, planet je bio okovan ledom u seriji globalnih glacijacija koje znanstvenici popularno nazivaju "Zemlja gruda snijega". Prosječne globalne temperature strmoglavile su se na nevjerojatnih -50 stupnjeva Celzijevih, pretvarajući veći dio Zemljine površine u zaleđenu pustoš. Unatoč ovim ekstremnim uvjetima, život nije nestao. Naprotiv, preživio je i postavio temelje za kasniju eksploziju složenih višestaničnih organizama, uključujući i naše vlastite pretke. No, ključno pitanje koje je desetljećima mučilo znanstvenike bilo je: gdje se život skrivao tijekom tih dugih, ledenih milenija?

Najnovija istraživanja, predvođena znanstvenicima s Massachusetts Institute of Technology (MIT), nude fascinantan i uvjerljiv odgovor. Prema njihovoj studiji, ključna skloništa za rane eukariote – složene stanice s jezgrom koje su evolucijski prethodile svim današnjim životinjama, biljkama i gljivama – mogle su biti plitke oaze otopljene vode na samoj površini golemih ledenih ploča.

Misterij zaleđenog svijeta: Gruda ili bljuzgavica?

Hipoteza o "Zemlji grudi snijega" jedna je od najintrigantnijih u paleoklimatologiji. Ona predlaže da su se ledene kape s polova proširile sve do ekvatora, prekrivajući gotovo čitav planet. Glavni pokretač ovog procesa bila je povratna sprega albeda – što je više leda pokrivalo površinu, to se više Sunčeve svjetlosti reflektiralo natrag u svemir, uzrokujući daljnje hlađenje i širenje leda. Geološki dokazi, poput glacijalnih naslaga pronađenih u stijenama koje su se u to vrijeme nalazile u tropima, snažno podupiru ovu ideju.

Međutim, unutar znanstvene zajednice vodi se rasprava o tome je li Zemlja bila "tvrda" gruda snijega, s oceanima potpuno zapečaćenim ispod kilometara debelog leda, ili "meka" gruda, odnosno "bljuzgavica", s pojasom otvorenog mora ili tanjeg leda oko ekvatora. Scenarij "tvrde" grude postavlja ozbiljne izazove za opstanak fotosintetskih organizama koji ovise o svjetlosti. S druge strane, "bljuzgavica" bi omogućila postojanje vodenog ciklusa i pružila utočište životu. No, bez obzira na točan scenarij, opstanak života u takvom svijetu zahtijevao je postojanje stabilnih mikro-staništa. Postojalo je nekoliko teorija o mogućim skloništima, uključujući hidrotermalne izvore na dnu oceana ili džepove tekuće vode ispod ledenih ploča. Ipak, teorija o oazama na površini leda dobiva sve više na težini.

Oaze života na vrhu leda

Ideja da su plitka jezerca otopljene vode mogla biti utočišta života temelji se na jednostavnom fizičkom principu. Znanstvenici pretpostavljaju da su se na ledenim pločama u ekvatorijalnim područjima mogle nakupljati tamne čestice prašine i sedimenta, nošene vjetrom ili transportirane s morskog dna prema površini leda. Te tamne čestice, za razliku od bijelog leda koji reflektira sunčevu svjetlost, apsorbirale bi sunčevu toplinu. Ta apsorbirana energija bila bi dovoljna da otopi okolni led, stvarajući mala, plitka jezerca tekuće vode. U tim vodenim džepovima, temperatura bi se mogla održavati oko točke smrzavanja, stvarajući relativno stabilno i, što je najvažnije, osvijetljeno okruženje pogodno za fotosintetske organizme.

Ova jezerca ne bi bila samo lokve vode, već pravi mali, samoodrživi ekosustavi. Cijanobakterije i drugi mikrobi formirali bi ljepljive, slojevite prostirke na dnu, stabilizirajući sediment i stvarajući hranjivim tvarima bogato okruženje koje bi moglo podržati složenije oblike života – eukariote.

Moderni dokazi s najhladnijeg kontinenta

Kako bi testirali svoju hipotezu, istraživački tim okrenuo se jedinom mjestu na današnjoj Zemlji koje nalikuje uvjetima iz kriogenija: ledenim prostranstvima Antarktike. Tim, predvođen Fatimom Husain, doktorandicom na MIT-u, i profesorom geobiologije Rogerom Summonsom, analizirao je uzorke iz niza takvih jezera otopljenog leda na Ledenoj polici McMurdo. Ovo područje, koje su članovi ekspedicije Roberta Falcona Scotta još 1903. godine opisali kao "prljavi led", pokazalo se kao savršen prirodni laboratorij.

Mehanizam nastanka ovih jezera na Antarktici je fascinantan. Gubitak leda s površine uslijed vjetra i sublimacije stvara neku vrstu pokretne trake koja tijekom dugih vremenskih razdoblja izdiže sedimente i organizme zarobljene na dnu mora prema vrhu ledene police. Kada ti tamni sedimenti dospiju na površinu, upijaju sunčevu toplinu i tope led, formirajući plitka jezerca duboka tek nekoliko desetaka centimetara i široka nekoliko metara. Za znanstvenike, ovo je izravan prozor u moguću prošlost Zemlje i savršena prilika za istraživanje života na Antarktici.

Na dnu svakog jezerca nalaze se debele, višeslojne prostirke mikroba, dominantno cijanobakterija. Iako je poznato da su ovi drevni, jednostanični organizmi izuzetno otporni i sposobni preživjeti u najsurovijim uvjetima, znanstvenike je zanimalo mogu li i eukarioti – organizmi čije stanice sadrže jezgru i druge organele – opstati u istim okolnostima.

Iznenađujuća bioraznolikost u kapljici vode

Budući da je mikroskopske eukariote teško razlikovati samo na temelju izgleda, tim je primijenio sofisticirane biokemijske i genetske metode analize. Tragali su za specifičnim lipidima zvanim steroli, koje proizvode isključivo eukarioti, te za genetskim materijalom, točnije ribosomskom RNA (rRNA), čije sekvence služe kao jedinstveni identifikator za različite skupine organizama. Rezultati su bili zapanjujući.

U svakom analiziranom jezeru pronađeni su jasni biokemijski i genetski potpisi eukariotskog života. Identificirane su različite vrste algi, protista (jednostaničnih grabežljivaca) pa čak i mikroskopskih životinja poput rotifera i tardigrada (vodenih medvjedića). Ono što je bilo još iznenađujuće jest da sastav životnih zajednica nije bio uniforman. Svako jezerce imalo je svoju jedinstvenu kombinaciju vrsta.

"Nijedno jezerce nije bilo isto," ističe Fatima Husain. "Postoji ponavljajuća postava likova, ali su prisutni u različitim obiljima. Pronašli smo raznolike zajednice eukariota iz svih glavnih skupina u svim proučavanim jezercima."

Istraživači su također otkrili da salinitet, odnosno slanost vode, igra ključnu ulogu u oblikovanju ovih zajednica. Jezerca s višim salinitetom imala su sličnije eukariotske zajednice, koje su se razlikovale od onih u jezercima sa svježijom vodom. Ova otkrića pokazuju da su čak i unutar malog geografskog područja postojali različiti mikro-uvjeti koji su omogućili razvoj iznenađujuće bioraznolikosti.

Nasljeđe leda i implikacije za budućnost

Ova studija pruža najsnažniji dokaz do sada da su jezerca otopljene vode na površini leda mogla služiti kao ključna utočišta, svojevrsne "Noine arke" na ledu, tijekom globalnih zaleđivanja. Ona pokazuju da život posjeduje nevjerojatnu otpornost i sposobnost prilagodbe. Eukarioti koji su preživjeli u ovim oazama bili su izravni preci organizama koji su, nakon povlačenja leda, pokrenuli takozvanu kambrijsku eksploziju – nagli porast bioraznolikosti i pojavu svih glavnih skupina životinja koje poznajemo danas.

Ovi sićušni, izolirani ekosustavi ne samo da su omogućili preživljavanje, već su mogli djelovati i kao inkubatori evolucije. Izolacija i specifični uvjeti u svakom jezeru mogli su potaknuti genetsku diverzifikaciju i razvoj novih prilagodbi. Prema riječima znanstvenika, ova otkrića naglašavaju da su jezerca otopljene vode tijekom "Zemlje grude snijega" mogla njegovati eukariotski život koji je omogućio kasniju diverzifikaciju i širenje složenog života – uključujući i nas.

Implikacije ovog istraživanja sežu i izvan granica našeg planeta. Potraga za izvanzemaljskim životom često se fokusira na ledene svjetove, poput Jupiterovog mjeseca Europe ili Saturnovog Enkelada. Studije života u ovim ekstremnim okruženjima na Zemlji pomažu nam razumjeti kakva bi staništa mogla postojati na takvim svjetovima i koje biokemijske tragove života bismo trebali tražiti.

Izvor: Massachusetts Institute of Technology