Skrytý život spící hluboko pod Zemí miliony let

Pod zemským povrchem leží království neobjeveného mikroskopického života. Hluboko uvnitř Země leží skrytý svět „nitrozemských bytostí“ (intraterestrials), které dřímají stovky tisíc let. Na co čekají, až se probudí? Tyto nitrozemské bytosti – jsou to mikrobi – přežívají v některých z nejdrsnějších podmínek na planetě. Vědci je hledají a nacházejí ve vrtných jádrech získaných ze sedimentů mořského dna.

Autorka Karen G. Lloyd, mikrobiální biogeochemička z University of Southern California Dornsife, ve své knize „Nitrozemské bytosti: Objevování nejpodivnějšího života na Zemi“ (Princeton University Press, 2025) zkoumá myšlenku evoluce organismů, které mohou přežít stovky tisíc – ne-li miliony – let v dřímajícím stavu. Zkoumá myšlenku, na co by mohly čekat, než se probudí, a co potom budou dělat.

Denní i planetární cykly

Podle nedávných objevů jsou hluboko v sedimentech oceánského dna pohřbené mikroorganismy v dormantním (dřímajícím, nečinném) stavu. Takové mikroorganismy žijí uvnitř zemské kůry po celé planetě. Abychom odpověděli na obtížnou evoluční otázku, co tam dělají a na co čekají, musíme se nejprve zamyslet nad tím, co by tyto organismy zažily během svého života. Tyto pomalé organismy by se nestaraly o délku dne. Jsou pohřbeny tak hluboko, že stejně nedokážou detekovat slunce. Pravděpodobně by si ani nevšimly změny ročních období.

Mohly by je však zajímat jiné, delší geologické rytmy: otevírání a zavírání oceánských pánví v důsledku deskové tektoniky, vznik a poklesávání nových ostrovních řetězců nebo nové toky tekutin způsobené pomalou tvorbou trhlin v zemské kůře. Biologie, kterou jsme se učili ve škole, považovala tyto události za evoluční hnací síly pro druhy, nikoli pro jedince.

Co řídí evoluci

Například Darwinovy pěnkavy si vyvinuly nové tvary zobáků, protože byly izolovány na ostrově se specifickým tvarem semen k jídlu. Tato evoluce probíhala v geologickém časovém horizontu formování ostrovů, a proběhla v rámci druhové linie, nikoli u jednotlivých ptáků. Víme však, že i jednotlivci jsou schopni se měnit spolu s rytmy svého prostředí. Srst jedince polární lišky (Vulpes lagopus) se každé jaro mění z bílé na hnědou, když taje sníh. Mnoho lidí se každé ráno budí ve stejnou dobu bez pomoci budíku. Denní a roční rytmy se zdají být pro člověka nebo zvíře velmi důležité.

Doby ledové už méně. Předvídat změny v delším časovém horizontu se zdá směšné. Bylo by nerozumné tvrdit, že by si jednotlivec pěnkavy vyvinul schopnost plavat, protože měl vrozené očekávání, že jeho ostrov za 100 000 let klesne do moře. Nebo že by se brouk v poušti Namib mohl rozmnožovat pouze tehdy, když snědl semeno z amazonského deštného pralesa, protože se narodil před miliony let, když byly Jižní Amerika a Afrika spojené, a jeho DNA mu dala pokyn k rozmnožování, když by se tektonická mezera znovu uzavřela.

Evoluční signál

Tyto scénáře nedávají smysl pro zvířata, ale pro nitrozemské tvory mohou být rozumné. Jedinec, který žije milion let, by mohl být evolučně predisponován k tomu, aby počítal s něčím tak pomalým, jako je pokles ostrovů, stejně jako jsme my evolučně predisponováni k tomu, abychom čekali na zítřejší východ slunce. Abychom plně pochopili nitrozemské tvory, budeme možná muset přehodnotit, co se kvalifikuje jako evoluční signál.

Žít po miliony let

Skutečnost, že živé buňky pravděpodobně existují v nerůstovém stavu po velmi dlouhou dobu, vyvolává dvě důležité otázky. Může se mikrob přizpůsobit tak, aby se vyhýbal buněčnému dělení po tisíce let nebo déle, a aby k němu nedocházelo jen náhodou? A pokud ano, jak funguje evoluce u organismu, který zdánlivě nikdy neplodí potomstvo? Jsou tyto mikroby evolučně přizpůsobeny k tomu, aby se v tomto dřímajícím, dormantním stavu zdržovaly po tisíce nebo miliony let, nebo přetrvávají jen proto, že buňky nepotřebují žádné speciální adaptace, aby tak dlouho přežily?

Přizpůsobení k ultrapomalému metabolismu

Zdá se nepravděpodobné, že by život po stovky tisíců let probíhal bez adaptace. K podpoře tohoto životního stylu je zapotřebí příliš mnoho fyziologických změn, než aby se jednalo o vedlejší účinek normálního „rychlého“ života. Navíc, pokud je tento životní styl náhodný, pak se jejich hlavní život podporující růst musí odehrávat v nějakém jiném prostředí. Ale typy mikrobů, které nacházíme pod mořským dnem i jinde, potkáváme jen zřídka. Není to tak, že by to byli normální mořští mikrobi, kteří by si vesele plavali, dělili se a rostli, a když spadli na mořské dno, zapomněli zemřít.

Naopak se zdá, že většina této velmi rozmanité skupiny mikrobů existuje pouze v mořských sedimentech. Zjistilo se, že ve větší hloubce mořských sedimentů mikrobi produkují enzymy s vyšší specificitou pro typ substrátů, které jsou v podpovrchovém prostředí k dispozici, což naznačuje, že jsou pro toto prostředí speciálně přizpůsobeni.

Podpovrchoví mikrobi mají také adaptace, které umožňují ultrapomalý metabolismus a buněčné dělení. To naznačuje, že jsou evolučně nějakým způsobem připraveni na dlouhodobý nerůstový stav. Ale tady máme problém. Podle Darwinovy teorie přirozeného výběru musí tyto buňky růst a vytvářet nové potomstvo, aby se mohly vyvíjet. Přirozený výběr funguje, protože během rozmnožování organismy procházejí mutacemi. A když má organismus prospěšnou mutaci, mutace zvyšuje jeho zdatnost, takže jeho potomstvo překoná potomstvo nemutovaných organismů, což vede k většímu počtu potomků s mutací. Tyto další generace si nadále vedou lépe než nemutované linie a nakonec se mutace šíří po celé populaci.

Příklad krátkodobé dormance

Ale jak můžeme vůbec uvažovat o darwinovské evoluci v populacích, které se nerozmnožují? Jak se můžete adaptovat, když byste neměli mláďata? Darwin jistě neměl na mysli nerůst, když popisoval přežití nejschopnějších.

Naštěstí máme dobrý model krátkodobé sezónní dormance. Dormance během zimy představuje evoluční výhodu, protože dormantní organismy mají větší populace, jakmile jsou na jaře zralé podmínky pro opětovný růst. Tyto organismy tak mají náskok před ostatními organismy a mohou předat své geny větší populaci potomků na jaře a v létě.

Toto je učebnicový darwinovský přirozený výběr. Rozšiřme tento model na dormanci, která trvá tisíce let v mořském sedimentu. Musíme si představit událost, na kterou by mohly čekat nitrozemské organismy, která by je vytrhla z dormance, zatímco jsou pohřbeny stovky metrů hluboko v zemské kůře. Pokud v zimě narazíme na spící mikrob v půdě, můžeme předpokládat, že čeká na to, až v létě začne znovu růst. Jaká je ekvivalentní situace pro hluboko pohřbený organismus v mořských sedimentech, který spí tisíce až miliony let?

Myšlenkový experiment

Proveďme myšlenkový experiment, abychom si vymanili mozek z implicitních předpokladů o délce života. Představte si, že lidský život trvá jen 24 hodin. Narodili byste se o půlnoci, u snídaně byste se vzbouřili proti rodičům, těsně před obědem byste se usadili a měli děti a kolem večeře byste se začali věnovat rybaření jako koníčku na odchod do důchodu. Do půlnoci by se vaši blízcí, kteří se sami narodili teprve před pár hodinami, shromáždili a drželi by vás za ruku, zatímco byste pokojně zemřeli v úctyhodném stáří. Kdyby to dělali všichni, stovky lidských generací by přišly a odešly během jediné zimy. Během celého tohoto časového období, které by představovalo významnou část lidské historie, by listnaté stromy zůstaly hnědé, zdánlivě suché a bez života.

Trvalá „mrtvost“ stromů by byla brána jako nesporný fakt a vědci by pravděpodobně psali studie, aby zjistili, zda stromy skutečně žijí, vzhledem k tomu, že se zdá, že nerostou ani netvoří potomstvo. Samozřejmě, kdybychom se podívali dostatečně daleko do minulosti, lidé by zde byli přítomni na podzim nebo dokonce v létě, ale to mohlo být o tolik generací zpět, že stabilní forma písma ještě nebyla vynalezena.

My, lidé žijící sto let, víme, že stromy jen čekají, až je vzbudí jarní slunce. Ale lidé žijící jeden den by byli zmatení. Když přemýšlíme o životě v podzemí, nejsme náhodou jako lidé žijící jeden den, kteří rozjímají o stromu? Čekají dlouhověké nitrozemské organismy na signály k probuzení, které nerozpoznáváme, protože naše životy jsou příliš krátké na to, abychom je viděli? Jaký má vůbec smysl žít stovky tisíc let?

Musí existovat nějaký důvod, proč tyto nitrozemské organismy přetrvávají tak dlouho. Existují důkazy, že dlouhodobý klid má selektivní výhodu. Když necháte laboratorního pracanta Escherichia coli bez jídla měsíce nebo dokonce roky, mnoho buněk vstoupí do stavu dlouhodobého klidu, kdy jsou naživu a metabolizují, ale nerostou zdaleka tak rychle jako když je krmíte. Pokud smícháte tyto téměř mrtvé E. coli s čerstvou várkou rychle rostoucích E. coli a obě je necháte hladovět, staříci z těch roztomilých mladíků vymlátí život.

Tato růstová výhoda ve stacionární fázi může být tajemstvím, proč se intraterestriální organismy dožívají tak dlouhého života. Možná čekají na něco, co se stane až o tisíce let později, aby mohly být prvními, kdo využijí nové situace.

Život v geologických časových měřítkách

Na co tedy mikroby čekají až se probudí? Sezónní cykly jsou příliš rychlé. Jediné, co je dostatečně pomalé, jsou geologické procesy. Například poklesy ostrovů, záplavy, sucha nebo bouře se často vyskytují ve sto až tisíciletých cyklech. Podmořské sesuvy půdy, zemětřesení, cunami a sopečné erupce by mohly přesouvat materiály v ještě delších časových měřítkách a vystavit intraterestriální organismy novým zdrojům potravy, které je po stovkách tisíců letech vylákají z dormance.

Zdá se zvláštní říci, že mikrob je přizpůsoben čekání na něco tak neobvyklého, jako je sopečná erupce, ale historie Země ukazuje, že se na sopečné erupce můžete spolehnout, pokud máte čas na ně čekat.

Pokud bychom opravdu nechali naši fantazii volně plynout, jednotliví mikrobi by se mohli přizpůsobit událostem s ještě delšími obdobími, jako jsou glaciální cykly, které se mění přibližně každých 30 000 let. Nebo pomalému pohybu tektonických desek. Jak se ve středooceánských hřbetech objevuje nové mořské dno, stávající mořské dno je neustále odtlačováno od středu oceánu, jako když člověk stojí na pohyblivém chodníku na letišti. Mořské dno se nakonec v nejpomalejším pohybu srazí s kontinentem. Některé sedimenty a nitrozemské organismy, které v nich žijí, jsou taženy podsouvající se deskou dolů, aby nakonec byly rozdrceny teplotami a tlaky, které zabijí veškerý život, jak ho známe.

I pro extremofily by bylo tažení až do pláště rozhodně evoluční slepou uličkou. Nicméně některé sedimenty, které jsou v raných fázích subdukce pod kontinentální deskou, by mohly být vráceny skrz trhliny a pukliny, které se v překrývající se desce otevírají. Během této kolize jsou některé sedimenty z mořského dna vytlačeny vzhůru v akrečních hranolech a souvisejících zlomech vytvořených zemětřeseními nebo jinými deformacemi desek.

Je návrat do povrchových sedimentů intraterestriální verzí léta?

Mohlo by být toto hromadění, zlomy a vynořování se na povrch tím, na co čekají nitrozemské organismy? Zamysleme se nad důsledky. To by znamenalo, že jednotlivé mikrobiální buňky, které vytahujeme ve vrtných vzorcích a které se zdají být spící, jen trpělivě čekají, až je ultrapomalý pohyb desek vylačí do kontinentu, kde mají šanci se znovu objevit a znovu zahájit růst.

Evoluční odměnou za čekání po miliony let v hlubokých mořských sedimentech by byl návrat do horní vrstvy mořského dna, kde je potrava výživnější, a v takovém případě by mikrob předal své geny budoucím generacím. Stejně jako u jakéhokoli standardního darwinovského přírodního výběru by jedinci, kteří se nejlépe přizpůsobili dormantnímu stavu po miliony let, měli po návratu na povrch výhodu v růstu, což by zajistilo, že se tyto adaptace v komunitách stabilizují.

Zdroj: Livescience.com