Ko živi na krovu sveta?

Pre lišajeva, pre nevaskularnih i vaskularnih biljaka, kao začetnici svake primarne sukcesije, nošeni vodom i vetrom, golu zemlju naseljavaju – mikroorganizmi. Ono što je trajalo od samih početaka života na našoj planeti, važi i danas. Ma gde se obreli, u temelju svakog ekosistema, ma koliko velik ili sićušan on bio, počivaju mikroorganizmi: bakterije, arhee, gljive, alge, protisti…

 

Život – čak i tamo gde je nemoguće?

S porastom nadmorske visine, u uslovima sniženih temperatura i atmosferskog pritiska, relativno male dostupnosti kiseonika, na granici fiziološke suše, retko koji oblik života opstaje. Ipak, i u bioti visokoplaninskih predela mogu se naći predstavnici mnogih grupa organizama.

Sva ova bića, na njima svojstven način, odlikuje neki vid ekstremofilije. Oni su prvenstveno psihrofilni, odnosno kriofilni – sposobni za opstanak na temperaturama i do −39°C. Primera radi, pojedine alge nastanjuju sneg visokih planina i led polarnih krugova. Pripadnici razdela Chlorophyta (zelene alge), vrste Raphidonema sempervirens, Chlamydomonas nivalis i Chloromonas polyptera, boje snežne površine glečera u nijanse roze, narandžaste i crvene (tzv. crveni sneg), dok streptofitske alge (razdeo Charophyta) iz porodice Zygnematophyceae čine led sivim ili ljubičastim.

Kriosferu naseljavaju i pojedini kvasci, kao i psihrofilne bakterije: Variovorax paradoxus, Cryobacterium psychrophilum i Janthinobacterium lividum.

Crveni sneg (C. nivalis)

Izvor slike: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d3/170828-FS-Inyo-PRW-001-MountRitter_%2836217539154%29.jpg

C. nivalis

Izvor slike: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fa/Green_algal.jpg

 

Život ispod nule – borba sa vetrenjačama?

U okolini koja ni u kom slučaju nije prijateljski nastrojena, opstaju, kao što je i sam Darvin rekao, (mikro)organizmi koji su za takve uslove najbolje adaptirani. U ovakvim uslovima, preživljavanje je svakako lakše bakterijama sposobnim da obrazuju spore, kao i onima čiji sekundarni metabolizam omogućavaju zaštitu od UV zračenja proizvodnjom pigmenata.

Na temperaturama ispod nule voda se ledi, te postaje gotovo nemoguće da je ćelija uzme iz sredine, a u samom citosolu formiraju se kristali leda, što zajedno dovodi do gubitka jonskog balansa i isušivanja, te povećane rigidnosti ćelijske membrane, kao i, na nešto nižim temperaturama (ispod −15 °C), do denaturacije proteina.

Adaptivni mehanizmi, koje su bakterije razvile kako bi opstale u ovakvoj sredini, veoma su raznovrsni. Rigidnost membrane „rešena” je povećanjem broja nezasićenih masnih kiselina u fosfolipidnom dvosloju, i to pomoću enzima masnokiselinske desaturaze. Takođe, mnogi enzimi i proteini koji učestvuju u replikaciji, transkripciji i translaciji pretrpeli su značajne promene, kako bi mogli ostati aktivni i na niskim temperaturama.

 

Život – i na najvišem vrhu naše planete?

Na Himalajima se „zna za red” – bar kad su stanovnici golih stena i zemljišta u pitanju. Na nadmorskim visinama između 3000 i 3500 metara pretežno se nalaze gljive, iznad toga organizmi koji oksiduju amonijak, do 5400 metara nadmorske visine arhee, a do 6500 metara bakterije. Fotosintetski organizmi su na ovim nadmorskim visinama retki, ali opstaju u vulkanskim područjima zahvaljujući isparenjima iz fumarola.

Na većim nadmorskim visinama, iznad 7000 metara, opstaju tek poliekstremofili. Ovi organizmi većinom su neaktivni i nedovoljno adaptirani za temperature koje zadiru duboko u minus, te pritisak koji dostiže tek trećinu atmosferskog u nivou mora. Ipak, pojedini organizmi i na ovim visinama ostaju metabolički aktivni – npr. bakterije iz roda Geodermatophilus ili gljiva Naganishia firedmannii.

Nedavno sprovedeno istraživanje nad uzorcima prikupljenim na Južnom prevoju na Himalajima, između vrhova Loce i Mont Everest, pružilo je značajan uvid u diverzitet mikroorganizama ovih ekosistema. Pronađeni su mnogi rodovi bakterija adaptiranih na izuzetno hladne uslove (Geodermatophilus, Modestobacter), ali i vrste povezane sa čovečjom kontaminacijom – Staphylococcus hominis i Staphylococcus epidermis, stanovnici naše kože i nosne šupljine, kao i Streptococcus oralis, prisutan u ustima.

Everest, Južni prevoj i Loce

Izvor slike: https://www.everestjourneys.com/everest-south-col-expedition/

Život – i šta dalje?

Glečeri su magneti biosfere: sakupljaju veštačke radioizotope, pesticide, herbicide, imaju prirodno velik sadržaj minerala, s visokim udelom teških i radioaktivnih metala. Shodno tome, i organizmi koji u njima žive moraju biti jednako posebni kao i to stanište. Prevoji i vrhovi evropskih Alpa, američkih Stenovitih planina i azijskih Himalaja pružili su tek neke odgovore na decenijama postavljano pitanje – šta može da živi tamo gde je život gotovo nemoguć? Ipak, na desetine planinskih venaca, od Anda, preko Atlasa, Kilimandžara, Urala i Kavkaza, pa sve do Karakoruma, Pamira, Hindukuša i Tjanšana – poseduje čitav jedan svet koji još čeka da bude otkriven.

 

Izvori

• Adamczyk, M., Hagedorn, F., Wipf, S., Donhauser, J., Vittoz, P., Rixen, C., . . . Frey, B. (2019). The soil microbiome of Gloria Mountain Summits in the Swiss alps. Frontiers in Microbiology, 10. doi:10.3389/fmicb.2019.01080
• Ciccazzo, S., Esposito, A., Borruso, L., & Brusetti, L. (2015). Microbial communities and primary succession in high altitude mountain environments. Annals of Microbiology, 66(1), 43-60. doi:10.1007/s13213-015-1130-1
• Dragone, N. B., Perry, L. B., Solon, A. J., Seimon, A., Seimon, T. A., & Schmidt, S. K. (2023). Genetic analysis of the frozen microbiome at 7900 m a.s.l., on the South Col of Sagarmatha (Mount Everest). Arctic, Antarctic, and Alpine Research, 55(1). doi:10.1080/15230430.2023.2164999
• Feng, Y., Wang, J., Zhang, J., Qi, X., Long, W., Ding, Y., & Liu, L. (2023). Soil microbes support Janzen’s mountain passes hypothesis: The role of local-scale climate variability along a tropical montane gradient. Frontiers in Microbiology, 14. doi:10.3389/fmicb.2023.1135116
• Leya, T. (2013). Snow algae: Adaptation strategies to survive on snow and ice. Cellular Origin, Life in Extreme Habitats and Astrobiology, 401-423. doi:10.1007/978-94-007-6488-0_17
• Panikov, N., Flanagan, P., Oechel, W., Mastepanov, M., & Christensen, T. (2006). Microbial activity in soils frozen to below −39°C. Soil Biology and Biochemistry, 38(4), 785-794. doi:10.1016/j.soilbio.2005.07.004