הדרך שבה אנו מבינים את אופי החיים בכדור הארץ עברה שינויים במהלך הזמן. לפני המצאת העדשות, ובעקבותיהן פיתוח המיקרוסקופים, היו לעולמנו ממדים שלא יכולנו לתפוס. בעקבות פיתוח מיקרוסקופים ההולכים ומשתפרים, גילינו מגוון חיידקים נרחב בכמות אינסופית לכאורה, ונאלצנו להעריך מחדש את האופן שבו אנו חושבים על טבע החיים. עולם המיקרואורגניזמים דרבן אותנו להגדיר גבולות ברורים, המציינים את מגבלות החיים בכדור הארץ. ככל שאנו מתאמצים להגדיר את האילוצים; כך מתרבות הדרכים שבהן מפתיעים אותנו החיים. לא רק שאנחנו לומדים יותר על מגוון החיים בכדור הארץ, אלא שמתברר שהחיים משגשגים בכמה תנאים קיצוניים ביותר. הסביבות שבהן אנו מגלים את החיים הן אכן קשות ביותר. והאורגניזמים שאנו מוצאים בסביבות אלה נקראים "קיצוניים" (extremophiles).
באדיבות Astropedia Textbook
עלינו לענות על שאלה אחת לפני שנמשיך הלאה: מהם תנאים קיצוניים? אין ספק שאם נוכל לחזור אחורה בזמן, וללכוד את אחד היצורים החיים הראשונים שהתפתחו בכדור הארץ, ולהביא אותו לכדור הארץ המודרני, האורגניזם הזה יתייחס אל הסביבה שלנו כסביבה קיצונית ביותר. אחרי הכל, הסביבה הקדומה של כדור הארץ הייתה מתאימה לחיי האורגניזם המוקדם הזה; באטמוספרה היה מעט חמצן, השמש הייתה עמומה, והאקלים על כדור הארץ היה שונה לחלוטין. החיידק, הנוסע בזמן שלנו, היה מתקשה לשרוד בסביבה החדשה העשירה בחמצן. לכן, עבורו כדור הארץ המודרני מייצג סביבה קיצונית ביותר. עם זאת עבורנו הסביבה בה אנו חיים נראה מאוזנת למדי. לכן, לא ניתן להגדיר בדרך זו את המושג "קיצוניות", יש להגדיר מהי סביבה קיצונית בצורה שיטתית יותר. מקובל להתבונן במציאות מנקודת מבט אנושית כאשר מגדירים תנאים קיצוניים. כמעט כל סביבה שבה יתקשו בני האדם לשרוד תחשב כסביבה קיצונית. עם זאת, לאחר שנחקור את האקסטרמופילים המוכרים, סביר להניח שנקבל מושג טוב יותר לגבי המושג "קיצוניות".
אנחנו צריכים לעצור כאן כדי להעיר הערה כללית על האקסטרמופילים. אלה אינם אורגניזמים שפשוט סובלים בתנאי חיים קיצוניים, אלה הם אורגניזמים שידועים לשגשג בתנאי קיצון ומתים בתנאים הנראים לנו מאוזנים. רוב האקסטרמופילים הם מיקרואורגניזמים, והם שייכים בדרך כלל למיני חיידקים קדומים. עם זאת, קיימים גם אורגניזמים רב תאיים, בעלי גרעין תא, השורדים בסביבות קשות, שיכולות להיחשב קיצוניות. חלק מהתמונות המדהימות ביותר של סביבות קיצוניות מגיעות מן הים העמוק ליד נביעות חמות וכוללות תמונות של אקסטרמופילים אאוקריוטים. חשוב לזכור זאת, כאשר אנו בוחנים את סביבות קיצוניות בכדור הארץ ואת היצורים המאכלסים אותן.
כבני אנוש אנו עשויים לתפוס את כדור הארץ כמקום מאוזן שנוח לחיות בו. עם זאת, קיימות סביבות רבות שבהן יהיה קשה לנו לשרוד, במיוחד אם יאסר השימוש בטכנולוגיה. ניתן למנות סביבות קיצוניות בכדור הארץ כגון: פינות חמות או קרות מאוד, חומציות מאוד או בסיסיות מאוד, צחיחות או יבשות מאוד, שטחים בעלי מליחות קיצונית, אזורים החשופים לקרינה גבוהה או לחץ גבוה או חסרי חמצן. אין זו רשימה מקיפה של סביבות קיצוניות, ומטרתה לעורר את הקורא לבחון מגוון רחב של סביבות הנמצאות בכדור הארץ.
באדיבות AstropediaTextbook
ביום קיץ חם, אנו יכולים לומר שאנחנו הולכים "למות מהחום", או בערב חורף קר אנחנו חושבים ש"אני קופא מקור!" אבל האמת היא שבני אדם לא חווים טמפרטורה בדרך דומה לאקסטרמופילים. האם תוכלו לדמיין יום קיץ חם שבו הטמפרטורות מגיעות ל- 113 מעלות צלזיוס? לא? ובכן, זוהי הטמפרטורה הגבוהה ביותר שבה נמצאו חיים עד כה. היצורים החיים שם הם סוג של אקסטרמופילים נקראים תרמופילים (thermophiles ) (תרמו – פרושו "חום" ו- משמעות פייל "לאהוב"). בניגוד להם אנו מוצאים פסיכרופילים (psychrophiles), אורגניזמים המשגשגים בסביבות קרות מאוד, שהטמפרטורה בהן 18- מעלות צלזיוס! הסביבות שבהן חיים שני אקסטרמופילים אלה לא יכולות להיות שונות יותר. התרמופילים משגשגים בטמפרטורות הגבוהות מ- 80 מעלות צלזיוס אשר ניתן למצוא אותם נביעות חמות עמוק באוקיינוס. מצד שני, פסיכרופילים מעדיפים טמפרטורות נמוכות מ- 15 מעלות צלזיוס כדי להתפתח בדרך אופטימלית, והם התגלו בשלג ובקרחונים.
בחנו מקרים של טמפרטורה קיצונית. אך מקרים אלה הם אולי מקרים פשוטים יחסית, שכן קל לנו לחשוב עליהם כבני אדם. אנו נתקלים טמפרטורות קיצוניות בחיי היומיום שלנו. עם זאת, הרבה פחות אינטואיטיבי לחשוב על סביבות קיצוניות אחרות בכדור הארץ. לדוגמה, כיצד נראית סביבה עם pH קיצוני? סולם ה- pH נע בין 0 ל- 14. הערך הניטרלי של pH הוא 7. ערכים מתחת ל- 7 מצביעים על תנאים חומציים וערכים הגדולים מ- 7 מצביעים על תנאים בסיסיים. בואו נתחיל בערכים PH נמוכים מאוד. האסידופילים (אוהבי חומצה acidophiles ) מעדיפים סביבות חומציות, בדרך כלל עם ערכי pH נמוכים מ- 4, המתאמים לסביבה של חומצת מצברים. בטבע סביבות שכאלה נמצאות סמוך למעיינות חמים חומציים במקומות כמו ילוסטון פארק. יצורים אחרים, הנקראים אלקלופילים (alkaliphiles ) חיים בסביבות בסיסיות מאד, בדרך כלל באזורים בעלי pH הגבוה מ- 10. האלקלופילים אוהבים לחיות במקומות כמו אגמים בסיסיים. היזכרו בשיעורי הכימיה בהם נזהרתם מפני חומצות כגון חומצה גופרתית או בסיסים כגון נתרן הידרוקסילי, חומרים אלה פוגעים באותה מידה ברקמת חיות מפני שהם עלולים לפגוע בתאים חיים. האסידופילים והאלקלופילים פיתחו בתאיהם מנגנונים ייחודיים להתמודדות עם סביבות בעלות pH קיצוני.
אסטרוביולוגים הציבו את קיומם של מים נוזליים כאחת הדרישות להתפתחות חיים. כתוצאה מכך, אנו יכולים לזהות אורגניזמים שמצליחים לשגשג בתנאים בהם הגישה למים מוגבלת, סוג קיצוניות אחר של יצורים הנקראים קסרופילים (xerophiles). במשך מאות שנים, ניצלו בני אדם את הידיעה שהחיים אינם מגיבים היטב לתנאים של מחסור במים, כדי לשמר מזון. ייבוש של פירות ובשר מקטין את זמינות המים במזונות אלה, ומונע ממיקרואורגניזמים מזיקים לגדול עליהם, כך ניתן לשמור עליהם לצריכה אנושית. דוגמאות לסביבות טבעיות בעלות כמויות קטנות מאוד של מים נוזליים הם העמקים היבשים באנטרקטיקה, אלו הם משטחי סלע ונוזלים אורגניים (כמו שמן). חשוב לציין כי למרות שקסרופילים קיימים באזורים כמעט חסרי מים, הם זקוקים למים נוזליים למשך זמנים קצרים ובכמויות קטנות.
באדיבות pixabay
סביבות בעלות מליחות גבוהה (ריכוז גבוה של מלח) מייצגות סביבות דומות לאלה שבהן חיים הקסרופילים. הרי אם קיים ריכוז גבוה של מלח, סביר להניח שזמינות המים תרד. הבעיה העיקרית עם מליחות גבוהה קשורה לסוגיה של לחץ אוסמוטי. אם התא ממוקם בתמיסה המכילה כמות גבוהה של מלח, המים היו עוזבים את התא בתהליכי אוסמוזה. דבר שיגרום לתא להצטמק ולבסוף למות. אורגניזמים החיים בסביבות בעלות ריכוז מלח גבוה, כמו ים המלח, נקראים הלופיליים (halophiles). לשם ההמחשה, אחוז המליחות של מים באוקיינוס הוא כ- 3.5%. ההליופילים נמצאו בסביבות שאחוז המליחות בהן גבוה פי 10 ומגיע לכדי עד 35%!
סביבה קיצונית נוספת בכדור הארץ היא הן סביבות הסופגות רמות גבוהות של קרינה. המילה קרינה יכולה להופיע בהקשרים שונים. במקרה זה, אנו מתייחסים אל קרינה המזיקה לחיים. לדוגמה, אם לכדור הארץ לא הייתה שכבת אוזון המגינה עליו מפני כמויות גדולות של קרינת UV הנפלטת מהשמש, סביר שהחיים לא היו מתפתחים על היבשה. בנוסף לקרינת UV, החשיפה לקרינה מייננת עלולה להזיק לתאים. סביבה מפתיעה מאוד על פני כדור הארץ, שבה נמצאו חיים, היא סביבה של פסולת גרעינית וליבות של כורים גרעיניים. האקסטרמופילים שזוהו בסביבה זו הם דינוקוקוס רדיואוראנס, הנחשבים לשורדים לקיצוניים בקרינה עזה.
נבחן עתה הסביבה שבה בני האדם אינם מבקרים לעתים קרובות – מעמקי האוקיינוס. למרות שקיימת טכנולוגיה המאפשר לחקור את האוקיינוס עד לעומק של 100 מטר לערך, רק לאחרונה, הצליחו לחקור פתחי נביעות חמות הנמצאות בעומק של כמה אלפי מטרים. ככל שאנו יורדים עמוק יותר לתוך המים המשקל המצטבר של המים מעלינו עולה וכך גם הלחץ שהם מפעילים עלינו. אורגניזמים המשגשגים בלחצים גבוהים נקראים ברופילים (barophiles) או פיזופילים (piezophiles). בעוד שהלחץ האטמוספרי בגובה פני הים הוא 1 אטמוספירה, הרי שברופיל ישגשג בלחצים המגיעים ל- 700 אטמוספרות. למעשה, אם היית מציב ברופיל בסביבה בה הלחץ רק 1 אטמוספירה, הוא לא היה מסוגל לחיות.
הסביבה הקיצונית האחרונה שנדון בה בפירוט היא דוגמה טובה לגישה האנתרופוצנטרית שבה אנו מגדירים סביבות קיצוניות. סביבה קיצונית זו היא חסרת חמצן, הידועה בשם אנאירובית. כפי שכבר דנו, אורגניזמים מוקדמים על פני כדור הארץ לא התייחסו אל סביבה חסרת חמצן כסביבה קיצונית. יתר על כן, ישנם אורגניזמים רבים כיום על כדור הארץ שאינם זקוקים לחמצן כדי לשרוד. ניתן לחלק לשתי קטגוריות את סוגי האורגניזמים החיים בסביבות אנאירוביות: אנאירובים סובלניים ואנאירובים קפדניים. אנאירובים סובליים הם אורגניזמים שפועלים היטב בסביבה חסרת חמצן, אבל יכולים לסבול חמצן. אנאירובים קפדניים מתעבים חמצן; אם הוא קיים בסביבה הוא יהרוג אותם. ישנן דוגמאות רבות של סביבות אנאירוביות, החל משכבות בתחתית אגמים ועד למערכת העיכול שלך.
למרות שלא דיברנו על כל הסביבות הקיצוניות האפשריות ועל היצורים המאכלסים אותן, נדרש רק דמיון מועט כדי לבחון סוגים נוספים של סביבות קיצוניות, כמו סביבות בהן זורמים זרמים חשמליים בעוצמה גבוהה או בתוך סביבות סלעיות. המטרה היא לזהות סביבות קיצוניות בכדור הארץ, וללמוד את אופי החיים בסביבות אלה. כך ניתן להרחיב את הידע שלנו בעת חיפוש אחר חיים ביקום.
Author: Chris Impey