© Roy Keeris/Flickr
Komentar: Ovo je 24. poglavlje knjige gosp. Lescaudrona "Masovna izumiranja, evolucijski skokovi i povezanost virusa i informacija".
Prethodno poglavlje: Poglavlje 23.: Život u kometima?
Prvo poglavlje: Poglavlje 1.: Masovna izumiranja
Otkriće mikroorganizama - uključujući viruse - u višim slojevima atmosfere bilo je neočekivano za glavne tokove znanosti jer se mikroorganizmi inače ne mogu transportirati iz niže atmosfere u gornju zbog barijere tropopauze:
Tropopauza djeluje kao barijera slobodnom kretanju čestica iznad 17 km, čineći takav prijenos sa Zemlje u stratosferu vrlo teškim.[1]
Troposfera, tropopauza i stratosfera
No hipoteza o velikoj vulkanskoj erupciji odbačena je kada su dva rada koja su izvještavala o prisutnosti mikroorganizama u stratosferi provedena dvije godine ili više nakon zadnjih velikih vulkanskih erupcija[3]. Znajući da u dvije godine ili manje, sva vulkanska prašina padne u niže slojeve atmosfere[4].
© Guiseppe FamianiErupcija Etne 2015. Najnasilniji u 20 godina. Vulkanski oblak koji je dopirao do tropopauze bio je blokiran zbog čega je dobio karakterističan oblik nakovnja
[Godine 1936.] američki balon za velike visine s posadom, Explorer II, postao je prva misija prikupljanja uzoraka zraka koja je dosegla stratosferu (do 21 km ASL), a izolirano je nekoliko održivih mikroba unutar rodova Bacillus, Macrosporium, Aspergillus, Penicillium i Rhizopus[5]Primijetite da je ovaj eksperiment za sakupljanje već koristio epruvete za autoklaviranje odbacujući de facto mogućnost zemaljske kontaminacije.
U 1960-ima, zračni baloni su letjeli još više - 30 km i više - i stalno su donosili pozitivnu identifikaciju mikroorganizama:
Iako su mikrobiološke tehnike dostupne u to vrijeme bile prilično primitivne u usporedbi sa sadašnjima, već su postojale neke intrigantne indikacije prisutnosti izvanzemaljskih mikroba u uzorcima zraka prikupljenim na visinama od 30 km i više (Bruch, 1967.). Pozitivna detekcija mikroorganizama na 39 km i gustoća naseljenosti koja se povećavala s visinom upućuju na moguće izvanzemaljsko[6]U 1970-ima je otkriće mikroorganizama još jednom potvrđeno analizom prašine prikupljene tijekom stratosferskih letova špijunskih zrakoplova U2:
U 1970-ima, letovi na velikim visinama (zrakoplovi U2) korišteni su za njihovo prikupljanje iz niže stratosfere, visine 18-20 km, na nauljenim pločama izloženim izvan zrakoplova koji su letjeli brzinom ~200 m/s. Ova metoda je patila od problema kontaminacije, kao i lomljenja čestica i pristranosti prema malim lakim česticama (koje teže skrenuti sa zračnom strujom). Štoviše, prave međuplanetarne čestice moraju se temeljito odvojiti od zemaljskih zagađivača.
Utvrđeno je da te takozvane Brownlee čestice, koje su uglavnom bile u obliku pahuljastih nakupina silikatne prašine, sadrže izvanzemaljske organske molekule, sa složenošću i raznolikošću koja se približava onoj nedavno objavljenoj za meteorit Murchison. U nekoliko slučajeva morfologija mikroba otkrivena je unutar pojedinačnih Brownlee čestica.[7]
© WhickramasangheKarbonatna struktura mikronske veličine u Brownlee čestici u usporedbi s mikrobnim fosilom
U 1970-ima, A. A. Imshenetsky i kolege prikupili su uzorke zraka s još viših nadmorskih visina, od stratosfere do mezosfere (48-85 km nadmorske visine), koristeći meteorološke rakete sterilizirane γ-zračenjem i istraživali karakteristike izoliranih sojeva bakterija i gljivica. [9]Sličan eksperiment proveden je 2001. u stratosferi iznad Indije. Identificirana su tri mikroorganizma: dvije bakterijske i jedna gljivična vrsta:
Indijski i britanski tim istraživača predvođen Chandrom Wickramasingheom izvijestio je 2001. da su uzorci zraka iznad Hyderabada u Indiji, koje je 21. siječnja 2001. iz stratosfere prikupila Indijska organizacija za svemirska istraživanja (ISRO), sadržavali nakupine živih stanica. Wickramasinghe to naziva "nedvosmislenim dokazom o prisutnosti nakupina živih stanica u uzorcima zraka s visine od čak 41 km, iznad koje se inače ne bi prenosio zrak od ispod". Dvije bakterijske i jedna gljivična vrsta kasnije su neovisno izolirane iz ovih filtera koje su identificirane kao Bacillus simplex, Staphylococcus pasteuri i Engyodontium album.[10]Godine 2005. uzorci zraka prikupljeni su na visinama većim od 40 km[11]. Rezultati su bili neočekivani, identificirano je ne samo 15 različitih poznatih vrsta mikroorganizama, već i tri vrste bakterija[12] do tada nepoznate na Zemlji:
Godine 2005. ISRO je proveo poboljšani eksperiment. Dana 20. travnja 2005. godine prikupljeni su uzorci zraka iz gornje atmosfere na visinama u rasponu od 20 km do više od 40 km. Uzorci su testirani u dva laboratorija u Indiji. Laboratoriji su u tim uzorcima pronašli 12 bakterijskih i 6 različitih gljivičnih vrsta. Gljivice su bile Penicillium decumbens, Cladosporium cladosporioides, Alternaria sp. i Tilletiopsis albescens. Od 12 bakterijskih uzoraka, 3 su identificirane kao nove vrste i nazvane Janibacter hoylei (po Fredu Hoyleu), Bacillus isronensis (nazvan po ISRO-u) i Bacillus aryabhattai (nazvan po drevnom indijskom matematičaru Aryabhata). Ove tri nove vrste pokazale su se otpornije na UV zračenje od sličnih bakterija[13]Sljedeće godine uzorci zraka prikupljeni su, još jednom, u Indiji. Ne samo da je uzorak stratosferskog zraka doveo do identifikacije još četiri nepoznate vrste bakterija, već su neki od prikupljenih mikroorganizama bili održivi unatoč dodatnom stresu izazvanom krio uzorkovanjem i upotrebom vrlo uskog raspona hranjivih tvari:
Krio uzorkovanje stratosfere iznad Hyderabada (Indija), rezultiralo je izolacijom četiri nove vrste iz roda Bacillus: B. aerius sp. nov., B. aerophilus sp. nov., B. stratosphericus sp. nov., i B. altitudinis sp. nov. U mnogim studijama, kao što je ova, odabir uzgojenih mikroba ovisio je o metodi sakupljanja (krioepruvete su isprane puferom koji je zatim raspršen na medij kulture) u ovom slučaju i korištenom mediju (npr. Luria-Bertani agar ili hranjivi agar) i učinkovito omogućio oporavak i uzgoj samo određenih mikroba.[14]Broj sojeva bakterija, arheja[15] i gljivica pronađenih u stratosferi i iznad toliko je impresivan da su DasSama i sur. sastavili neopsežan popis:
© DasSamaPopis mikroorganizama koji su pronađeni u mikroorganizmima
Letovi balonima koje je lansirala Indijska organizacija za istraživanje svemira (ISRO) iz 1990-ih u početku su dosegnuli visine od ~30 km za prikupljanje stratosferskog CFC-a, skupljajući smrznuti zrak u čeličnim cilindrima s potpuno metalnim ventilima (daljinski upravljanim) uronjenim u tekući neon. Noviji letovi dosegli su visinu od 40-45 km, a sva oprema je bila ultra čista i sterilna kako bi se smanjila kontaminacija. U siječnju 2001. ova je tehnika korištena za aseptično prikupljanje netaknute kometne prašine korištenjem kriosondi koje su nošene balonima na visine od 41 km[16].Ukratko, imamo, s jedne strane, meteorite koji izravno nose nove mikroorganizme, uključujući virus kao što je pokazano u prethodnom poglavlju, a s druge strane, više slojeve Zemljine atmosfere koje su krcate mikroorganizmima kao što je prikazano u ovom poglavlju. Može li ovo drugo biti posljedica prvoga? Omogućuju li meteoriti koji ulaze u Zemlju taloženje mikroorganizama u atmosferi?
Slučajno ili ne, mezosfera - gdje su mikroorganizmi opetovano pronađeni - je gdje se meteori počinju fragmentirati:
Različiti mikrobi otkriveni su u gornjoj atmosferi, uključujući one koji su otporni na zračenje, i na visinama u rasponu od 41 km do 77 km[17] i stoga u stratosferi i mezoferi koja je izuzetno suha, hladna (-85 C (-121,0 F) i gdje nedostaje kisika. U mezosferi se meteori prvi put počinju fragmentirati dok jure prema Zemlji.[18]Netko bi mogao prigovoriti da bi mikrobe na takvoj visini uništili hladnoća, vakuum i zračenje, ali čini se da su neki mikrobi anaerobni[19] i otporni na smrzavanje[20]:
© S. GrossmannMikroskopska slika psihrofilnih (hladnoljubivih) bakterija
Godine 1960. Fowler i sur. izvijestili su o vrsti Pseudomonas koja živi u istraživačkom nuklearnom reaktoru gdje je prosječna doza procijenjena na više od milijun rada[22][23]Isto tako, više puta se pokazalo da virusi preživljavaju izvanzemaljske uvjete uključujući niske temperature, mikrogravitaciju, vakuum i intenzivna zračenja[24].
Stoga se čini da su neki mikroorganizmi savršeno sposobni preživjeti uvjete u svemiru. Rasprava o održivosti stratosferskih mikroorganizama naizgled je okončana kada su metabolički aktivni mikrobi lansirani u stratosferu i vraćeni na Zemlju. Ove su stanice zadržale svoju sposobnost preživljavanja[25] nakon svog stratosferskog putovanja.
Sada kada znamo da neki mikroorganizmi prežive svoje putovanje svemirom, sljedeće pitanje je: koliko ih padne na Zemlju? Procjena dnevnog unosa kometnih ostataka je ogromna:
S dnevnim unosom kometnih ostatak u prosjeku od oko 500 tona, mogućnost otkrivanja mikroba koji upadaju sigurno mora postojati[26]U korelaciji sa značajnim upadanjem kometnih ostataka, taloženje mikroorganizama na Zemlji je također masivno:
Ovdje pokazujemo da je čak i u netaknutim okruženjima, iznad atmosferskog graničnog sloja, silazni tok virusa bio u rasponu od 0,26 × 109 do 7 × 109 m2 po danu. Ove stope taloženja bile su 9-461 puta veće od stopa za bakterije, koje su se kretale od 0,3 × 107 do 8 × 107 m2 po danu[27].Dobro ste pročitali. Svaki dan s neba padne oko jedna milijarda virusa za svaki kvadratni metar[28]. Da damo razmjerljiviji primjer, u zemlji poput Kanade, ova zapanjujuća stopa taloženja se prevodi u 25 virusa koji padaju s neba dnevno po stanovniku:
"Svaki dan više od 800 milijuna virusa taloži se po kvadratnom metru iznad planetarnog graničnog sloja -- to je 25 virusa za svaku osobu u Kanadi", rekao je virolog sa Sveučilišta British Columbia Curtis Suttle, jedan od viših autora rada u Časopisu Međunarodnog društva za mikrobnu ekologiju koji opisuje otkrića.[29]Sada kada znamo da su mikroorganizmi, uključujući viruse, prisutni i u kometnom materijalu i u višoj atmosferi, postavlja se pitanje: odakle ti virusi dolaze? Koje je njihovo porijeklo?
Sljedeće poglavlje ima za cilj dati neke odgovore na ova pitanja.
_______________
[1] Wickramasinghe, Chandra et al. (2013) "Diseases From Space: Astrobiology, Viruses, Microbiology, Meteors, Comets, Evolution" Cosmology Science Publishers
[2] Pitari, Giovanni et al. (2016) "Impact of Stratospheric Volcanic Aerosols on Age-of-Air and Transport of Long-Lived Species" Atmosphere 7. 149. 10.3390
[3] Wickramasinghe, 2013
[4] Životni vijek čestica aerosola (kao što su one iz vulkanskih erupcija) u stratosferi izračunat je na 1 do 2 godine
[5] DasSarma P. et al. (2020) "Earth's Stratosphere and Microbial Life" Curr Issues Mol Biol. 38:197-244
[6] Burdyuzha, 2006
[7] Wickramasinghe et al. (2010) "Bacterial morphologies in carbonaceous meteorites and comet dust" Proc. SPIE 7819
[8] 53 milje
[9] DasSarma P., 2020
[10] Wikipedia contributors (2022) "Panspermia" Wikipedia
[11] 25 milja
[12] Shivaji, S. et al. (2009) "Janibacter hoylei sp. nov., Bacillus isronensis sp. nov. and Bacillus aryabhattai sp. nov., isolated from cryotubes used for collecting air from upper atmosphere" International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 59 (Pt 12): 2977-86
[13] Ibid
[14] DasSarma P. et al. (2020) "Earth's Stratosphere and Microbial Life" Curr Issues Mol Biol. 2020;38:197-244
[15] Skupina mikroorganizama koji su slični bakterijama, ali se evolucijski razlikuju od njih
[16] Wickramasinghe, Chandra et al. (2010) "Bacterial morphologies in carbonaceous meteorites and comet dust" Instruments, Methods, and Missions for Astrobiology XIII, vol. 7819, pp. 299-315
[17] 25 do 48 milja
[18] Joseph R. (2010) "Comets and Contagion: Evolution, Plague, and Diseases From Space" Research Gate
[19] Díaz EE. et al. (2006) "Phenotypic properties and microbial diversity of methanogenic granules from a full-scale upflow anaerobic sludge bed reactor treating brewery wastewater" Appl Environ Microbiol. 72(7):4942-9
[20] Torosian S. et al. (2009) "A refrigeration temperature of 4 °C does not prevent static growth of Yersinia pestis in heart infusion broth" Canadian journal of microbiology 55. 1119-24. 10.1139
[21] Singh, O. and Gabani, P. (2011) "Extremophiles: radiation resistance microbial reserves and therapeutic implications" Journal of Applied Microbiology 110: 851-861
[22] Hoover, R.B. et al. (1986) "Diatoms on earth, comets, Europa and in interstellar space" Earth Moon Planet 35, 19-45
[23] Za usporedbu, doza od 1000 rad je gotovo uvijek smrtonosna za ljude
[24] Pavletić B et al. (2022) "Spaceflight Virology: What Do We Know about Viral Threats in the Spaceflight Environment?" Astrobiology 22(2):210-224
[25] DasSarma, S. and DasSarma, P. (2018) "Survival of microbes in Earth's stratosphere" Current Opinion in Microbiology 43, 24-30
[26] Vladimir Burdyuzha (2006) "The Future of Life and the Future of our Civilization" Springer
[27] Isabel Reche et al. (2018) "Deposition rates of viruses and bacteria above the atmospheric boundary layer" The ISME Journal
[28] 10 kvadratnih metara
[29] Ibid
Komentar: Slijedeće poglavlje: Poglavlje 25.: Elektromagnetski impuls (EMP)