מכל הסביבות על פני כדור הארץ, דווקא אלה בעלות טמפרטורות נמוכות לא נחשבות, לעיתים קרובות, כסביבות קיצוניות. אחרי הכל, כאשר אנו חושבים על סביבות קרות אנחנו בדרך כלל נוטים לחשוב על מקומות כמו אנטארקטיקה, שבה אנו יודעים שניתן למצוא אורגניזמים כמו פינגווינים. מדוע אם כן, מדענים מתייחסים אל מקומות בהם הטמפרטורות נמוכות יותר מ- 15 מעלות צלזיוס כסביבות קיצוניות? ולמה אנחנו כל כך מתעניינים בפסיכרופילים: אלו אקסטרמופילים המשגשגים בטמפרטורות הקרובות לנקודת הקיפאון של המים?
באדיבות pixabay
כדי לענות על השאלה הראשונה שלנו, נבחן לרגע אורגניזם בעל תא אחד. כדי שהאורגניזם ישרוד, יהיה עליו להעביר חומרים מזינים לתוך תאו ומחוצה לו, והוא חייב יהיה לבצע תגובות כימיות הנדרשות לקיום החיים. כל סוגי החיים בכדור הארץ משתמשים במים כממס; המים ממיסים חומרים מזינים ומאפשרים תנועה של מולקולות לשם ביצוע תגובות כימיות של החיים (מטבוליזם). אם המים באורגניזם החד-תאי קופאים, לא תותר לו דרך להגיע לחומרים מזינים חיוניים או להשלים את התגובות הדרושות ליצור אנרגיה הנחוצה לחיים. זאת ועוד, לקיפאון מים בתוך תא עלולות להיות השפעות חמורות על קרום התא, פשוטו כמשמעו קריעה הקרום. כתוצאה מכך, החיים בטמפרטורות הנמוכות מנקודת הקיפאון של המים עלולים להיות הרסניים לחיים בכדור הארץ. הרסני לא רק עבור בני אדם, אלא עבור סוגי החיים השונים בכלל כולל חיידקים.
מדוע אם כן מתעניינים מדענים בתת-קבוצה קטנה של יצורים, הפסיכרופילים, שמשגשגת בטמפרטורה נמוכות? מבט אחד על כוכבי הלכת של מערכת השמש שלנו יאפשר לענות בקלות על השאלה זו. רוב כוכבי הלכת כי הם מועמדים, מנקודת מבט אסטרוביולוגי, לחוות טמפרטורות קפואות. על מאדים, למשל, הטמפרטורות נמצאות הרבה מתחת לנקודת הקיפאון של המים, למעט מקרים נדירים באזורי קו המשווה, שבו הטמפרטורות לעיתים עשויות לעלות בכמה מעלות מעל אפס. כוכב הלכת האדום הנחשב ממוזג לעומת כוכבי לכת וירחים נוספים במערכת השמש. ביקור בטיטאן – ירחו של שבתאי, יגלה כי למרות שהוא מכוסה באטמוספירה צפופה של גזי חממה, הטמפרטורות על פניו נמוכות ביותר וערכן מגיע לכדי 120- מעלות צלזיוס. לאירופה, אחד הירחים של צדק, יש קרום העשוי בעיקר קרח שעוביו המינימלי מגיע ל- 1 ק"מ! כאשר אנו חוקרים את החצר הקוסמית שלנו, במטרה למצוא עדויות לחיים בעבר או בהווה, חיוני להבין את ההשפעות של טמפרטורה קרה על החיים בכדור הארץ, כך נוכל לפרש טוב יותר את הראיות שנמצאו בפלנטות קרובות ובטמפרטורות קפואות.
באדיבות וויקיפדיה
מה למדנו עד כה על החיים בסביבות הקרות ביותר על פני כדור הארץ? החיים בטמפרטורות קיצוניות אלה הסתגלו תוך מניעת קיפאון המים והפיכתם למוצק, ובכך למנוע אפשרות גישה לחומרים מזינים – מטבוליזם. לו היה הקיפאון מתרחש קרום התא היה נהרס. אחת התכונות של הפסיכרופילים היא יצירת מולקולות "נוגדות קפאון" בציטופלזמה. מולקולות אלה, הן בדרך כלל חלבונים מיוחדים או יוני מלח, המונעים מהמים לקפוא בתוך התא על ידי הורדת טמפרטורת הקיפאון. בנוסף יצרו כמה אורגניזמים שילוב מולקולות שונות בעלות הרכב שונה בציטופלסמה, ובכך שינו מבחינה פיזית את מבנה קרום התא. הרכב ממברנת התא משתנה באופן טבעי בין סוגים שונים של אורגניזמים. עם זאת, אורגניזמים החיים בסביבות קרות מאוד משלבים הרבה יותר חומצות שומן בלתי רוויות, ובכך מגדילים את נזילות של הממברנה ומפחיתים את עוצמת ההשפעות המזיקות העלולות להיגרם בשל קיפאון. לבסוף, כמה אורגניזמים נוקטים עמד הגנה פעילה עוד יותר; הם יוצרים נבגים במטרה להגן על עצמם ומשחררים אותם. פסיכרופיל נפוץ הידוע בשל נבגיו האדומים Chlamydomonas. הוא מכסה משטחי קרח מושלגים בשכבה ורדרדה.
לא זו בלבד שפסיכרופילים מותאמים לתנאים קור קשים, המיקרו-סביבה שבה הם חיים אף היא מסייעת להישרדותם. קחו, למשל, את הפסיכרופילים המתגוררים סביב גרגרי אבק שנקברו כמה סנטימטרים מתחת לפני השלג או הקרח בעמקים היבשים של אנטארקטיקה. רוב השנה, הפסיכרופילים נשארים רדומים במצבם הקפוא. אך במהלך חודשי הקיץ, השמש זורחת ברציפות, ולמרות זאת הטמפרטורות אינן עולות מעל לטמפרטורת הקיפאון. גרגרי אבק כהה הנמצאים בקרח סופגים מספיק אנרגית שמש כדי להמיס כמות זעירה של מים נוזליים סביבם. מיקרואורגניזמים המתגוררים בקרבת מקום יכולים לנצל את סביבה חמימה זו שנוצרת בעקבו קרינת השמש כדי לצאת מהתרדמת. פסיכרופילים אלה שורדים לאורך שנים רבות, וברגע המתאים הם נהנים מהאנרגיה התרמית של השמש.
מה משמעות הדבר לגבי החיפוש שלנו אחרי חיים מעבר לכדור הארץ? בדומה לרוב התגליות המדעיות, מחקר הפסיכרופילים פותח אפשרות רבות, ומעורר שאלות רבות. אין ספק, שהחיים על פני כדור הארץ משגשגים גם בטמפרטורות נמוכות מנקודת הקיפאון של המים. ייתכן שיש אפשרות זעירה שהחיים קיימים גם בקרום הקרח של הירח "אירופה", או באוקיינוס הנוזלי הנמצא מתחתין. אבל האם נוכל לזהות צורות החיים שם? האם הם פיתחו מערך תכונות נוסף במטרה להגביר את הישרדותם? רק הזמן יגיד, אבל בינתיים נוכל להמשיך לחקור גומחות בכדור הארץ ולשאוף לענות על השאלות שיעזרו לנו לחשוף את המסתורין של החיים מעבר לכדור הארץ.
Author: Chris Impey