Iskanje življenja 2500 metrov globoko na dnu Tihega oceana

Življenje je iznajdljivo in prilagodljivo in uspeva tudi v najbolj odročnih kotičkih našega lepega planeta. Tudi na dnu oceana, kjer sta trda tema in visok pritisk, ki bi nas strl. Tinkara Tinta in Tihomir Makovec, sodelavca Morske biološke postaje Nacionalnega inštituta za biologijo, sta bila člana vznemirljive odprave, ki je preučevala življenje ob hidrotermalnih vrelcih več kot poldrugi kilometer globoko pod morjem. Odkrili so povsem nov ekosistem, ki je dom pisanega mozaika živih bitij.

Novi ekosistem so odkrili v vulkanskih votlinah pod hidrotermalnimi vrelci na območju dobro raziskanega podvodnega vulkana na vzpetini Vzhodnega Tihega oceana ob Srednji Ameriki. Raziskovalno ekspedicijo je vodila prof. dr. Monika Bright z Univerze na Dunaju, vrhunska strokovnjakinja za organizme, ki naseljujejo globokomorske hidrotermalne vrelce. Vrelce, kjer migota od pestrosti, preučujejo že pol stoletja, nič pa ni bilo znanega, kaj se skriva pod njimi. Mednarodna ekipa raziskovalcev iz Avstrije, Nemčije, ZDA, Nizozemske, Francije, Kostarike in Slovenije je mesec dni bivala in delala na tehnološko zelo izpopolnjeni ladji R/V Falkor (too) Schmidtovega inštituta za raziskovanje oceanov (Schmidt Ocean Institute; marca 2009 sta ga ustanovila Eric in Wendy Schmidt, Eric Schmidt je nekdanji direktor Googla). V tem času se je na dno oceana 2500 metrov globoko 18-krat spustilo daljinsko vodeno podvodno plovilo SuBastian (Remotely Operated Vehicle, ROV), ki je pobiralo vzorce in prevračalo skale.

»Raziskovali smo biodiverziteto na površju in pod površjem globokomorskih hidrotermalnih vrelcev v najširšem možnem pomenu. Želeli smo potrditi ali ovreči hipotezo profesorice Monike Bright, da življenje na vrelcih pravzaprav izvira pod površjem. Hidrotermalni vrelci nastanejo na stiku dveh tektonskih plošč, vsakih nekaj let ali desetletij izbruhne vulkan, ki začasno uniči obstoječe ekosisteme, a se ti hitro obnovijo in vzniknejo povsod, kjer se pojavi hidrotermalni izvir. Brightova je razvila hipotezo, da začetni razvojni stadiji teh bitij, na primer globokomorskih črvov cevkarjev, potekajo pod površjem, saj jih niso našli v vodnem stolpcu, kot je to običajno pri disperziji ličink organizmov, ki so sicer pritrjeni na podlago v morju, denimo koral,« razlaga dr. Tinkara Tinta. Po teh votlinah ličinke prek hidrotermalne vode najdejo nove habitate in jih kolonizirajo.

S podvodnim robotom so odtrgali in obrnili vulkansko skorjo in odkrili sistem rovov, v katerih je mrgolelo črvov, polžev, rakcev in bakterij. Voda je tam imela 25 stopinj Celzija. Tako so dokazali, da so številna bitja osvojila življenjski prostor tako nad morskim dnom kot pod njim. »Kar nekaj ur so se trudili, da so s podvodnim robotom zarezali v skalo in jo odprli. Potrdilo se je, da so pod tlemi votline. Zanje so pravzaprav vedeli, da obstajajo, saj nastajajo ob zlivanju magme, notri je v vodi nizka koncentracija kisika, žvepla je veliko, nihče do zdaj v teh votlinah ni iskal živih bitij. Neverjetno je bilo, ko smo zagledali vse te ličinke in odrasle živali, celotna ekipa je bila vzhičena, ko smo dogajanje spremljali na ekranih v nadzorni sobi. Tako bogatega ekosistema pod skalami nismo pričakovali,« pravi raziskovalka.

»Zanimivo, da nikoli prej niso kopali skal. Teorija dr. Brightove se je potrdila, vendar je pričakovala, da bodo v teh jamah samo ličinke, a smo našli še veliko več drugih organizmov. Izkazalo se je, da se je v votlinah vzpostavil sistem, ki ustreza definiciji ekosistema,« dodaja Tihomir Makovec.

Okolje je po naših merilih ekstremno, na dnu je 250 barov, večna tema, zelo velike so temperaturne razlike. »Samo predstavljajte si, v zračnici gorskega kolesa so štirje bari, v zračnicah avtomobila je 2,5 bara,« primerja Makovec.

»Pritisk je res ogromen. V črnih dimnikih, iz katerih se vali 'dim', je okoli 300 stopinj Celzija, potem pa v okolici temperatura hitro pada. V neposredni bližini hidrotermalnih vrelcev je od 40 do 70 stopinj Celzija, pod skalami, ki smo jih odpirali, je bilo približno 20 do 30 stopinj. V okolici pa je temperatura okoli dve stopinji. Tudi kisika je bistveno manj kot v površinskih vodah, ni pa anoksije,« pojasnjuje Tinkara Tinta. Na površju morja se večina biomase tvori na osnovi fotosinteze, ki jo opravlja rastlinski plankton ter na ta način tvori kisik in hrano za preostale predstavnike prehranjevalnega spleta v morju. Tako proizvedena hrana in odmirajoči primarni producenti nato tonejo navzdol po vodnem stolpcu, temu rečemo tudi morski sneg. Počasi pridemo do predela v vodnem stolpcu, ko se vsa ta snov, izvirajoča iz primarnega vira, izčrpa in so praktično vsa hranila porabljena. Globoko v morju pa potekajo drugi procesi, ki poganjajo ekosistem,« našteva Tinkara Tinta.

»Na dnu življenje brez svetlobe lahko obstaja zaradi kemosinteze, tako kot življenje na površini zaradi fotosinteze. Kemosintezo opravljajo kemosintetske bakterije, ki naseljujejo te sisteme in so sposobne uporabiti energijo, ki se sprosti v kemijskih reakcijah, v tem primeru pri pretvorbi vodikovega sulfida v sulfatni ion, za vezavo anorganskega ogljika v organske spojine, ki so temeljne za življenje v teh sistemih.

Z odpravo so močno povečali zakladnico znanja, saj so pokazali, da obstajata pravzaprav dva dinamična habitata nad in pod površjem ter da bitja bivajo v sožitju in soodvisnosti od hidrotermalne tekočine pod morskim dnom in kisika v morski vodi nad površjem.

Omenjeni globokomorski črvi cevkarji, s katerimi se raziskovalno ukvarja vodja odprave prof. dr. Monika Bright, so, kot pravi dr. Tinta, izjemno zanimive živali. »Pravzaprav so to ogromni črvi, dolgi tudi meter in pol. So med najhitreje rastočimi nevretenčarji v morju. Glavna raziskovalka prof. Brightova se ukvarja s simbionti, bakterijami v teh črvih. V celi cevi črva ni organov, celotno prebavo vodijo bakterije, ki so v njem. Gre za poseben primer kemosintetskih simbiontskih bakterij, ki živijo v prebavilih globokomorskih črvov cevkarjev in oksidirajo žveplo – tega je na območju vulkanskih izbruhov na pretek, energija, ki se ob tem sprosti, bakterijam omogoča, da anorganski ogljik vežejo v organske spojine, ki so hrana za črva, ta pa bakterijam v zameno zagotavlja anorganska hranila. Zanimivo je bilo tudi gledati, ko je kak črv padel in so raki prihiteli na malico. Videli smo tudi ogromne ježke. Posneli smo meduze, nad katerimi sem očarana. Na poti ROV navzdol, tam na globini okoli 1500 metrov, smo opazili veliko meduzo (Stygiomedusa gigantea), ki ima lovke dolge kar deset metrov. Okoli ladje pa so krožili morski psi, mante, želve,« opisuje bogato živalsko kraljestvo na odročnih območjih.

Tehnična priprava opreme in iskanje virusov

Tinkara Tinta, znanstvena sodelavka na Morski biološki postaji v Piranu, je v sklopu odprave preučevala viruse, ki naseljujejo globokomorska območja in hidrotermalne vrelce, Tihomir Makovec, samostojni strokovni sodelavec in vodja potapljaške baze na Morski biološki postaji, pa je kot tehnični sodelavec pomagal pri pripravi raziskovalne opreme in izvedbi določenih poskusov ter skrbel za vzorčenje morske vode s posebnimi vzorčevalnimi sistemi. »S profesorico Brightovo sva sodelovala že pri poskusih, ki jih je opravljala na naši Morski biološki postaji, in tako me je povabila na ekspedicijo. Moja naloga je med drugim bila, da skrbim za vodne vzorce, pomagal sem tudi oblikovati posebne vzorčevalne sisteme, ki smo jih uporabljali med odpravo. Na odpravi sem vstajal skupaj s piloti podvodnega plovila in pripravil vse potrebno, da je delovalo brezhibno. Vsakdo na odpravi je imel svojo nalogo, vsakdo je bil košček v mozaiku, ki je nato deloval kot celota,« opisuje Tihomir Makovec.

Tinkara Tinta doda: »Včasih naprave brezhibno delujejo na obalnem območju, vendar smo jih na odpravi spuščali 2500 metrov globoko, vsak potop podvodnega plovila pa je trajal 12 ur. Če karkoli ne bi delovalo, bi ostali brez vzorca.« Dr. Tinta je pred časom delovala na Univerzi na Dunaju, na istem oddelku kakor vodja odprave prof. dr. Brightova, in tako je bila povabljena na odpravo. »Potrebovali so raziskovalca, ki bi izvajal eksperimente, s katerimi preučujemo virusno produkcijo. Ukvarjala sem se z virusi bakterij oziroma bakteriofagi. Cilj eksperimentov, ki sem jih vodila, je ugotoviti, ali virusi vplivajo na dinamiko bakterijskih populacij na teh območjih. Če na primer povzročijo odmiranje bakterijske populacije, se snov, ki je sicer ujeta v bakterijski biomasi, sprosti v okolje in postane dostopna drugim organizmom v ekosistemu. O tej tematiki se v sistemih globokomorskih hidrotermalnih vrelcev ne ve ničesar, tudi o diverziteti virusov v globokomorskih sistemih je znanega le nekaj malega.«

Za raziskovalce se bo delo nadaljevalo še dolgo po tem, ko so z ladje stopili na trdna tla. »Za večje organizme smo taksonomijo določali že sproti, marsikaj smo naredili v laboratorijih, sledita pa še izolacija in sekvenciranje DNK, ki bo tudi povedala, kakšna je pravzaprav biodiverziteta našim očem nevidnih mikroorganizmov,« pojasnjuje dr. Tinta. »Splošna javnost pogosto vidi samo odpravo, samo barko in robotska plovila. Za nas je to šele začetek. Vzorce smo shranili v posebnih fiksativih in jih zamrznili na minus 80 stopinj. Posebna podjetja so poskrbela za njihov transport v Evropo. Potem se začnejo analize. Zagotovo bomo še nekaj let obdelovali vse, kar smo tam pobrali.«

Nabiranje in shranjevanje vzorcev živali iz tako ekstremnih okolij sta vse prej kot lahko delo. »Težava je, ker vsa ta bitja izjemno hitro odmrejo, saj sta tako pritisk kot temperatura drugačna na dnu in v laboratoriju. Čim prej jih je treba dati v posebne komorice, v katerih sta pritisk in temperatura podobna kot na dnu,« razlaga Makovec.

Naporno, a izjemno

Odprava, čeprav izjemno vznemirljiva – za slovenska strokovnjaka je bila to prva taka odprava – je bila kakopak tudi (fizično) naporna. Tinkara Tinta: »To je bilo življenjsko doživetje. Prvi potop podvodnega robotskega plovila smo vsi spremljali od začetka do konca.«

»Na pot smo se odpravili 22. junija, domov smo se vrnili 3. avgusta. Zame je bila najbolj naporna prav pot tja in nazaj. Potovali smo do Kostarike, se tam aklimatizirali, pregledali, ali je prispela tudi vsa oprema. Ladja je izjemna, odlikuje jo zelo natančno pozicioniranje, a je zaradi tega tudi precej počasna. Šest dni smo samo pluli do raziskovalnega območja, 2500 kilometrov od kopnega,« pojasnjuje Makovec.

»Strinjam se, da je bila ladja vrhunska. To je novo raziskovalno plovilo, verjetno eno najbolje opremljenih na svetu. Na njej so vrhunski laboratoriji, povsod so monitorji, da smo lahko spremljali spuščanje ROV, tudi podporno osebje je bilo izjemno, hrana odlična. A vendarle smo bili na barki in tudi valovi so v Tihem oceanu drugačni kot v Jadranskem morju. Meni je bilo slabo prve tri dni, enim, denimo Tihomirju, ni bilo nič, spet drugi so bili slabotni skoraj ves čas. Vendar smo si med seboj zelo pomagali, vodilni pri odpravi so vseskozi spraševali, ali kaj potrebujemo. Tudi bioritem se nam je porušil, ogromno ljudi je delalo ponoči, Tihomir se je zbujal ob štirih, da so pripravili opremo, jaz sem delala do polnoči. Sredi oceana je bilo vroče, pripekalo je sonce, nato je deževalo. Bili smo le devet stopinj nad ekvatorjem. Seveda se 2500 kilometrov od obale pojavi tudi tesnoba. Bili smo zunaj transportnih poti. Zelo smo skrbeli za varnost. Če bi se komurkoli kaj zgodilo, bi bilo zelo neprijetno, tako daleč tudi helikopterji ne letijo. Spomnim se, kako navdušeni smo bili, ko smo zagledali zarjavelo kitajsko tovorno ladjo – eno in edino, ki je plula v naši bližini. Po štirih tednih smo bili vsi veseli, ko smo zagledali kopno,« iskreno pripoveduje Tinkara Tinta in doda, da je glavna raziskovalka Monika Bright previdno izbrala člane ekipe, ki je nato delovala kot eden. Na krovu je bilo 25 narodnosti (raziskovalci in posadka). Brightova je izkušena raziskovalka, saj je bila že na 25 podobnih odpravah, 13-krat je bila že v podmornici 3000 metrov globoko.

»Vodja odprave je vseskozi skrbela, da je vse potekalo po načrtih. Izdala je dovoljenje za vsakodnevni spust ROV, vsak potop je v celoti spremljala. Člani ekipe so zapisovali, kje in kako so pobrali vzorec. Vse je bilo dokumentirano. Ob pol petih popoldne se je potop končal, robot se je začel dvigovati, ob petih smo imeli sestanek, nato večerjo. Nato smo dobili kode vzorcev in posodice, vse smo organizirali, da ni bilo zmešnjave, ko je ROV prišel na površje. Nekateri člani ekipe so imeli res izjemen tempo,« nadaljuje dr. Tinta.

Tihomir Makovec še pravi, da je bilo bistvo odprave tudi promocija znanosti. »Ko se je ROV spuščal, je potekal prenos v živo na youtube kanalu Schmidtovega inštituta in prav tako pogovor v živo z več šolami v Evropi, takrat so otroci lahko videli, kako je videti takšno raziskovalno plovilo, in postavljali vprašanja znanstvenikom na krovu. Izvedli smo tudi več eksperimentov, ki so si jih zamislili otroci, tudi tisti iz prve triade osnovne šole Cirila Kosmača Piran.

Tinkara Tinta dodaja, da Schmidtov inštitut financira odpravo tudi za študenta morske biologije. »Tako je bila z nami študentka iz Kostarike, ki se je veliko ukvarjala s promocijo znanosti za špansko govoreče poslušalce. Prav tako pri teh odpravah sodeluje umetnik, ki skuša povezati znanost in umetnost. Z nami je bil priznani Max Hooper Schneider iz Los Angelesa, ki je izdelal skulpture, ki so jih nato odložili na dno, posneli interakcijo morskega življa z njimi in jih zatem vrnili na površje.«

Razumeti morje in ga zaščititi

Vsekakor vsaka taka odprava pomaga, da bolje poznamo oceane in hkrati ves svet. »Oceani predstavljajo 70 odstotkov zemeljskega površja in več kot 90 odstotkov zemljine biosfere. A kot pogosto radi rečemo, vemo več o površju Marsa kot o globinah oceanov. Ti globokomorski ekosistemi res predstavljajo majhen delež v svetovnem merilu, ampak vsak tak delček prispeva košček k razumevanju celote. Delovanje morskih sistemov v ekstremnih okoljih, kjer je malo kisika, veliko žvepla in visok pritisk, nam govori o prilagodljivosti življenja na take razmere,« pravi Tinta.

Čudovite živali, ki jih je ROV posnel na poti na dno:

»Če se človeštvo ne zaveda, kakšna je tam biodiverziteta, je ne moremo niti zaščititi. Jaz sem bila nad videnim šokirana, nisem si mislila, da je življenje v oceanih tako pestro. Z gladine so videti prazni, a še zdaleč ni tako, tako so polni kot tropski gozdovi. Je pa res, da ta bitja morda niso tako prikupna in karizmatična,« nadaljuje Tinta.

Sodelavca Morske biološke postaje sta ob tem opozorila na apetite industrije, da bi vzpostavili globokomorsko rudarjenje. »Na odpravi je bila tudi nizozemska kolegica, ki je članica skupine, v kateri poskušajo preprečiti oziroma vsaj vzpostaviti neka pravila za globokomorsko rudarjenje. Če bomo mirno gledali, kako ti ogromni bagri kapljajo v morje, bodo kar naenkrat postali realnost, nekaj normalnega, pač so tam in kopljejo. Tako se nam bo zgodilo, da bomo globokomorsko območje uničili prej, preden bi ga spoznali, raziskali in razumeli. Ljudje lažje razumejo tisto, kar vidijo, in 2500 metrov pod morjem vidijo le redki,« razlaga Tihomir Makovec.

»Na vse ekosisteme moramo paziti, saj ne vemo, ali se nam lahko zgodi metuljev učinek. Delovanja oceanov v resnici sploh ne razumemo v celoti. Številni niti ne vedo, da prav organizmi v morjih počrpajo velik delež ogljika iz ozračja in tako omogočajo razmere za življenje, kakršno poznamo. To vlogo oceanov kot ogljične črpalke kar spregledamo,« poudarja Tinkara Tinta. »Ozaveščanje javnosti o pomenu oceanov je nujno, mi raziskovalci pa jih moramo raziskati in razumeti, da jih lahko zaščitimo.«