Piękny malamut biegnie przez śnieżne pustkowie, wymykając się prześladowcom strzelającym do niego z helikoptera. Amerykańscy polarnicy przygarniają psa, nie wiedząc, że ściągają na siebie śmiertelne zagrożenie. W jego organizmie czai się bowiem śmiercionośny przybysz z kosmosu, który przetrwał w lodach Antarktydy… Tak zaczyna się klasyczny już horror „Coś” w reżyserii Johna Carpentera. I choć dziś nikt raczej nie obawia się kosmicznej zarazy, naukowcy pracujący w antarktycznych stacjach badawczych są bliscy odkrycia istot naprawdę nie z tej Ziemi.
W ukrytych głęboko pod lodem jeziorach, odciętych od reszty świata przez tysiące, a nawet miliony lat, mogą żyć bakterie, które poradziłyby sobie na innych planetach czy księżycach. Bo właśnie na Antarktydzie panują najbardziej „kosmiczne” warunki na Ziemi.
Świat sprzed 14 mln lat
Aż trudno uwierzyć, że ósme co do wielkości jezioro świata (biorąc pod uwagę powierzchnię i objętość) zostało odkryte dopiero w latach 60. XX w. (a tak naprawdę potwierdzono to dopiero w 1996 r.). Jest jednak dobrze schowane pod aż 3,5-kilometrową warstwą lodu. Jezioro Wostok jest największym i najgłębiej położonym z niemal 400 zbiorników, znajdujących się pod lodowcami Antarktydy. Ma 250 km długości i 50 km szerokości, co daje powierzchnię 15 tys. km kw. – czyli mniej więcej tyle, ile zajmuje całe województwo małopolskie.
Swą nazwę jezioro wzięło od stacji badawczej, którą w 1957 r. założyli tam Rosjanie. Jej konstruktorzy nie mieli pojęcia o ukrytym pod lodem zbiorniku – po prostu znaleźli dogodny, płaski teren. Jest to wyjątkowe – nawet jak na Antarktydę – miejsce. Powszechnie nazywa się je Biegunem Zimna, bo to tam w lipcu 1983 r. odnotowano najniższą dotąd temperaturę na Ziemi, czyli minus 89,6 stopnia Celsjusza. W czasie antarktycznego lata „upał” w tym miejscu oznacza minus 22 stopnie Celsjusza. Jeśli do tego dołożymy potężne wichry, otrzymamy wyjątkowo trudny teren do prowadzenia badań.
Jezioro Wostok kusi jednak badaczy. Jest odizolowane od świata prawdopodobnie już od 14 mln lat. Masa spoczywającego nad nim lodu sprawia, że ciśnienie w jeziorze wynosi ok. 400 atmosfer. Dzięki temu woda pozostaje w stanie ciekłym i ciągle wytapia się z otulającego ją lodu, z którego uwalnia się także tlen. Niemal kompletnie brakuje tam natomiast substancji odżywczych oraz światła. Pytanie pobudzające wyobraźnię uczonych brzmi: czy w takich warunkach może istnieć jakiekolwiek życie? A jeśli tak, to jak ono wygląda?
Dylematy z dna jeziora
Pierwsze wiercenia rozpoczęto ponad 20 lat temu. Chodziło o zdobycie próbek lodu z dawnych czasów – ich analiza pozwoliła na badanie zmian klimatycznych. Już wtedy operacja była bardzo skomplikowana, ale to nic przy wyzwaniach, jakie stoją przed biologami. Takie badania muszą być prowadzone z zachowaniem najwyższej ostrożności. Jeden z powodów jest oczywisty – możemy mieć do czynienia z mikrobami nieznanymi dotąd zarówno nauce, jak i naszemu organizmowi. W dyskusjach naukowych na temat wierceń na Antarktydzie pojęcie „puszka Pandory” pojawiało się dość często. Oczywiście ryzyko związane z takimi badaniami jest niewielkie – żyjące w ekstremalnych warunkach bakterie zapewne błyskawicznie zginęłyby w naszych „gorących” organizmach – ale nie można o nim zapominać.
Druga kwestia jest równie ważna. Jeżeli w wodzie jeziora istnieje jakiś ekosystem, to jak się do niego dostać, nie niszcząc go przy tym? To chyba najbardziej spektakularny przykład tzw. efektu obserwatora w biologii – sam fakt dokonania obserwacji zmienia obserwowany układ.
Najprostszą ilustracją takiego efektu jest pomiar ciśnienia w oponie. Trudno to zrobić, nie zmieniając go chociaż trochę. Podobnie może być z jeziorem Wostok – badając je, możemy zmienić istniejące od milionów lat warunki i zniszczyć delikatne życie, które mogło ewoluować pod lodem. Takie problemy nie są obce nauce. Wystarczy przypomnieć chociażby ryby głębinowe, które żyją w warunkach ekstremalnego ciśnienia, a po wydobyciu na powierzchnię po prostu eksplodują.
Pod koniec lat 90. XX w. międzynarodowa społeczność naukowa nakłoniła Rosję do wstrzymania prac wiertniczych – przynajmniej do momentu opracowania sterylnych metod badawczych. Jednak prace trwały i przynosiły obiecujące rezultaty. Dzięki naturalnym ruchom lodowca na powierzchnię wydostają się próbki zamarzniętej wody z jeziora Wostok. Znaleziono w nich kilka gatunków bakterii zimnolubnych (które jednak mogły pochodzić spoza zbiornika) oraz ślady DNA dwóch gatunków bakterii ciepłolubnych! Ich obecność sugerowała, że ekosystem Wostoku może być jeszcze bardziej skomplikowany, niż się wydawało – np. na dnie jeziora mogą znajdować się źródła hydrotermalne.
Akcja penetracja
Nic dziwnego, że apetyt naukowców jeszcze wzrósł. Wiercenia rozpoczęto ponownie w 2005 r., a rok temu udało się dotrzeć do płynnej wody na głębokości 3769 m. Uczeni natychmiast wycofali głowicę wiertła. Woda z jeziora wypłynęła pod ciśnieniem na 30–40 m w górę odwiertu i zamarzła. „Wiedzieliśmy, czego w niej szukać – mikrobów, które będą uzyskiwać energię z utleniania materii nieorganicznej, przystosowanych do życia w wysokim ciśnieniu i niskiej temperaturze. Mieliśmy też nadzieję na znalezienie nieznanych dotąd bakterii odpornych na bardzo wysokie stężenie tlenu. Wiedzieliśmy jednak, że woda, którą mogliśmy pobrać, będzie pochodzić z najwyższej części zbiornika, a tam raczej nie ma żadnego życia” – wspomina specjalnie dla „Focusa” szef projektu dr Siergiej Bułat z Instytutu Fizyki Jądrowej w Sankt Petersburgu.
Z początku wydawało się, że wszystko poszło gładko. Dotarcie do jeziora Wostok zostało uznane za jedno z najważniejszych wydarzeń naukowych 2012 r. Pobrany materiał rozesłano do laboratoriów na całym świecie. „Nie było mnie na Antarktydzie w lutym, gdy to się stało, więc chciałem, aby próbki jak najszybciej dotarły także i do nas. Niestety, w Rosji sprawy naukowe ustępują miejsca sprawom politycznym. Próbki otrzymałem dopiero pod koniec maja” – opowiada dr Bułat.
Wstępne wyniki analizy ogłoszono w październiku 2012 r. Nie towarzyszyła im jednak medialna wrzawa. Woda zawierała bardzo niewiele bakterii, należących do czterech różnych gatunków. Każdy z nich występował w płynie używanym przy wierceniu, więc nie można było uznać, że pochodzą z jeziora.
Wielki wyścig świdrów
Rosjanie nie są jednak jedynymi badaczami, próbującymi dobrać się do ukrytych pod lodem tajemniczych ekosystemów. Na Antarktydzie trwa dziś wyścig, który można porównać z tym mającym na celu zdobycie bieguna południowego na początku XX w. Wtedy konkurowały ze sobą ekipy Roalda Amundsena i Roberta Scotta. Dziś w szranki z Rosjanami stają Brytyjczycy i Amerykanie.
Ekipa z Wielkiej Brytanii, kierowana przez dr. Martina Siegerta z University of Bristol, spędziła na przygotowaniach dwie dekady. Jej celem jest jezioro Ellsworth, leżące na głębokości ok. 3,2 km pod lodem w Antarktyce Zachodniej, odizolowane od reszty świata przez ostatnie 500 tys. lat. Warunki klimatyczne są tam dużo łagodniejsze niż nad Wostokiem, dlatego zastosowano inną metodę – wytapiania otworu gorącą wodą. Brytyjczycy usypali ogromną zaspę z 370 tys. litrów śniegu, roztopili go, a potem przefiltrowali i wysterylizowali promieniowaniem ultrafioletowym. Zrobienie „odwiertu” miało zająć zaledwie kilka dni, a potem uczeni mieliby 24 godziny na pobranie próbek. W założeniu mieli dotrzeć do dna jeziora, bo tam jest największa szansa na znalezienie życia. Z ambitnych planów na razie nic nie wyszło. Misja rozpoczęta w grudniu 2012 r. została przerwana ze względów technicznych i przesunięta na kolejny sezon.
Na placu boju pozostali Amerykanie, którzy w styczniu rozpoczęli odwierty nad jeziorem Whillans. Jest ono częścią większego systemu ukrytych pod lodem zbiorników wodnych. Jednak dowiercenie się do niego może być wyjątkowo trudne, ponieważ znajdująca się nad nim zamarznięta woda porusza się, tworząc tzw. strumienie lodowe. Amerykanie są jednak przekonani, że warto spróbować – tym bardziej że laboratorium do analizy próbek wody będą mieli na miejscu.
Kosmiczna solanka
Nadzieje na przełomowe odkrycia rozbudził sukces innej ekipy z USA, która pod koniec 2012 r. dowierciła się do niewielkiego jeziora Vida, ukrytego pod ponad 20-metrową warstwą lodu na wschodzie Antarktydy. Jezioro zostało odcięte od reszty świata „zaledwie” 3 tys. lat temu; dziś wypełnia je bardzo słona i pozbawiona tlenu woda, która z powodu zasolenia i ciśnienia nie zamarza, chociaż ma minus 13 stopni Celsjusza. I jak się okazało, w takich warunkach życie ma się doskonale! Badacze znaleźli tam wiele mikrobów – także nieznanych dotąd nauce – żywiących się wodorem i tlenkami azotu. Teraz hodują je w laboratoriach i twierdzą, że podobne stworzenia mogłyby występować np. na Marsie.
„Poznanie życia w ekstremalnie zimnych środowiskach Ziemi pozwala nam zrozumieć, jakim wyzwaniom musiałyby sprostać organizmy na innych planetach czy księżycach. Ekosystem tego jeziora jest doskonałym modelem, umożliwiającym badanie ekstremalnych form znanego nam życia” – wyjaśnia specjalnie dla „Focusa” Emanuele Kuhn, mikrobiolog z zespołu badającego jezioro Vida. Uczeni uważają, że warunki podobne do tych panujących w antarktycznych jeziorach mogą istnieć na lodowych księżycach – Enceladusie krążącym wokół Saturna oraz na Europie, będącej satelitą Jowisza.
Rosjanie twierdzą, że takie „kosmiczne” mikroby mogą żyć właśnie na dnie jeziora Wostok. „Chcemy tam dotrzeć, ale myślę, że zajmie nam to ponad pięć lat” – deklaruje dr Bułat. Ale rewelacje mogą się pojawić wcześniej. W styczniu rosyjscy badacze ogłosili, że udało im się wydobyć czystą, nieskażoną przez wiertło próbkę wody z odwiertu wykonanego prawie rok wcześniej. Gdy trafi ona do laboratoriów, znów zacznie się wielkie polowanie na „kosmitów”…
Dla głodnych wiedzy:
- Artykuły o jeziorze Wostok i próbach dowiercenia się do niego: Oceanarium.org, Nature.com
- Film dokumentalny o tajemniczym akwenie: YouTube
- Inne projekty mające na celu eksplorację antarktycznych jezior: www.ellsworth.org.uk, www.wissard.org, www.dri.edu/lake-vida