Az egysejtűek a legkisebb szervezetek és egyúttal a legnagyobb túlélőművészek. Megbirkóznak a szélsőséges környezeti feltételekkel, a sötétséggel, az oxigén hiányával, a faggyal vagy a forrósággal is.
A kutatók az „Alvin” névre keresztelt, speciálisan felszerelt merülő hajójukból kinézve nem hittek a szemüknek: több mint 2500 m mélységben, abszolút sötétségben hirtelen rózsaszínű halak, tengeri viaszrózsák, kagylók és rákok jelentek meg a fényszóró sugarában. Nagyon élénkek voltak, és minden bizonnyal a legjobb egészségnek örvendtek. Hogy élhetnek meg ilyen mélységben, és mivel táplálkoznak? A magasabb vízrétegekből lesüllyedő szerves anyagok nem jelenthetnek elégséges táplálékot ennek a sokszínű, fajokban gazdag élővilágnak.
A tengerfenékről nagy nyomású, 350 °C-os hőmérsékletű vizet kilövellő vulkáni kráterek (a „fekete füstölgők”) közelében olyan baktériumokat fedeztek fel, amelyek akár 100 °C-on is gond nélkül fejlődnek. A Yellowstone Nemzeti Park és Izland forró, kéntartalmú gejzírjeinél szintén baktériumok tenyésznek, és remekül érzik magukat. De vajon hogyan képesek elviselni ezeket az életkörülményeket?
A Holt-tenger és más erősen sós tavak, források, illetve patakok vize az emberek és az állatok számára egyaránt ihatatlan, sőt akár halálos is lehet, mivel a testből vizet von el. A mikrobáknak viszont semmi baja nem esik ebben a közegben, óriási kolóniákat képeznek, és rendkívül jól érzik magukat.
Élő fosszíliák
Az Antarktisz 4000 m vastag jégpáncélja alatt hatalmas, akár 500 m mély tavak húzódhatnak meg. Az ősidőkből itt maradt vizekben a biológusok rendkívül sokféle egysejtű, baktérium és alga jelenlétét feltételezik. Ezek az élő fosszíliák szorgalmasan szaporodnak, saját ökológiai rendszert képeznek, noha a feltételek mindehhez nem valami kedvezőek. A mélybe szinte semmi oxigén nincs, abszolút sötétség uralkodik, a hőmérséklet pedig 2 °C körüli.
Miközben a sarkkutatók arra irányuló próbálkozásai, hogy szondákkal és kamerákkal tárják fel a tavakat, mindeddig meghiúsultak, a fagyott édesvizek és tengerek hozzáférhető rétegeiből már régebben sikerült egy-, illetve többsejtű szervezeteket izolálniuk. Ezek az élőlények fagyott állapotukból felengedve azonnal aktív működésbe kezdtek.
A tudomány extremofil szervezeteknek nevezi azokat az egysejtűeket, növényeket és állatokat, amelyek egészen speciális taktikát fejlesztettek ki az abszolút barátságtalan környezeti viszonyok túlélésére. Alig képzelhető el, de mégis létezik olyan élő szervezetekkel benépesített környezet, ahol nincs se oxigén, se szabadon rendelkezésre álló elemi szén, a hőmérsékleti viszonyokat illetően pedig az élet 350 °C és -269 °C között bárhol elképzelhető.
Az ilyen életterekben a szervezeteknek rendkívül erősen savas vagy lúgos környezetben, esetleg olyan radioaktív sugárzásnak kitéve kell élniük, amely 1000-szeresen meghaladja az élő szervezetekre nézve általában már halálos dózist. Az is elképzelhető, hogy e helyeken szélsőségesen száraz az időjárás, vagy hiányzik az életet adó napfény.
A leginkább szélsőséges életkörülmények elviselésére a Deinococcus radiodurans nevű baktérium képes. Ez az egysejtű a csikorgó fagyban ugyanolyan jól érzi magát, mint a forrásban lévő vízben. Egy savfürdő éppen olyan kevés kárt tesz benne, mint az egyéb szervezetekre már halálos dózisú radioaktív sugárzás.
Ezt a baktériumot az 1950-es években fedezték fel az amerikai hadsereg – akkor még megengedett módon – radioaktív sugárzással sterilizált romlott húskonzerveiben. A hús bevonó rózsaszínű nyálkás rétegből a mikrobiológusok tömegesen izoláltak apró, gömb formájú baktériumokat, majd alaposan megvizsgálták azokat. A baktériumokat ismételten kezelték egy akkor sugárdózissal, amely 5 ember számára is halálos mennyiséget jelentett volna, ám ezt a Deinococcus gond nélkül viselte. Sőt, még a 10 000-szeres adag sem bizonyult számára végzetesnek, spórái is kicsíráztak.
Élet a hőségben
Az 1960-as évekig a tudósok biztosak voltak abban, hogy 80 °C az a hőmérsékleti határ, amely fölött már nem létezhet élet. Véleményük szerint a hőség szétrombolja a sejtmag és más sejtalkotók nukleinsavait, valamint megsemmisíti a fehérjéket és az enzimeket. A szervezetek így nem lennének képesek arra, hogy új fehérjéket hozzanak létre, energiát nyerjenek vagy osztódjanak, ezért azonnal elpusztulnának.
Thomas Brock bakteriológus felfedezése azonban gyökeresen megváltoztatta ezt a nézetet, mivel magas hőmérsékletű pocsolyákban, patakokban, sőt gejzírekben is talált élő baktériumokat. Még a hőforrások gőzölgő falain is fennmaradtak az élő szervezetek.
Két évtizedbe tellett, amíg e szenzációs felfedezés hátterének rendszeres kutatása megkezdődhetett, és a tudósok a különböző, a szerves élet számára alkalmatlannak tartott helyekre koncentrálva extremofilok után kezdtek el vizsgálódni. A kutatás fellendülésének nem csupán tudományos okai voltak, nem sokkal inkább a gazdasági érdeklődés állt a háttérben. Az ipar ugyanis nagy erőfeszítéseket tett a bizonyos kémiai folyamatok meggyorsítására alkalmas enzimek kutatása terén.
Enzimekből kevert koktél
Az enzimek olyan szervek molekulák, amelyek biokémiai reakciók katalizátoraiként hatnak, vagyis meggyorsítják az anyagcsere-folyamatokat. A mosóporok is tartalmaznak fehérjéket, zsírt és egyéb szennyeződéseket feloldó, az optimális mosási eredményt elősegítő enzimeket. Problémát jelent azonban, hogy a legtöbb enzim csak viszonylag kis hőmérsékleti tartományban aktív, és bizonyos hőfok felett szétesik. A sörfőzés folyamatában például a malátakészítéshez használnak enzimreakciókat.
A gabonamagban a keményítő mellett valóságos enzimkoktél is található, amely a hosszú láncú fehérje molekulákat apróbb darabokra bontja szét. Ez a meglehetősen édes ízhatású molekula a malátacukor. Az extremofil szervezetek enzimjei másképp dolgoznak, mint a maláta előállításában aktív szerepet játszó enzimek, hiszen az előbbiek nagy hőségben és hidegben, magas nyomás alatt vagy vákuumban, maró savban vagy erős lúgokban is kifejtik hatásukat. Ezek a tulajdonságaik teszik az extremofil szervezeteket annyira értékessé a vegyipar és a gyógyszergyártás, valamint a mikroelektronika számára. Ezért olyan nagy az érdeklődés az extrém körülményeket tűrő élőlények iránt, és ezért próbálják megfejteni hatóanyagaik titkát.
Rendkívül ellenálló
Miként lehetséges az, hogy extremofil szervezetek ennyire szélsőséges életfeltételek közepette is életben maradnak, biológiai aktivitást mutatnak, sőt szaporodnak? A sejtmagban található DNS-t (dezoxiribonukleinsavat), illetve a sejtlégzésért, valamint a fehérje szintézisért felelős RNS-t (ribonukleinsavat) már egy viszonylag kis sugárdózis is szabályosan szétrombolja. Az extremeofilok rendkívül hatékony módszereket alkalmaznak az említett károsodások kiküszöbölésére, továbbá helyreállító mechanizmusokat fejlesztettek ki működőképességük lehető leggyorsabb regenerálódásának érdekében. A kutatók azonban a mai napig sem tudták teljesen megfejteni az egysejtűekben zajló életfolyamatok titkait.
Olajfaló baktériumok
Az extrém környezetben való túlélés érdekében a savas vagy lúgos környezetben, illetve a mérgező nehézfémtartalmú vizekben élő szervezetek egy másik módszert fejlesztettek ki. Egészen egyszerűen felfalják a mérgeket, és bonyolult kémiai folyamatok révén ártalmatlan anyagokká alakítják azokat.
1993-ban az Északi-tengerben fekvő Shetland-szigetek partjainál katasztrófát szenvedett Braer tartályhajóhoz kiérkező mentőcsapatok igencsak elcsodálkoztak, amikor azt látták, hogy a kiömlött 85 000 tonna nyersolajat a szén-hidrogénekkel táplálkozó és azt lebontó baktériumok fokozatosan eltüntették.
Az extremofilok mérges gázokat semlegesítenek
A mikrobiológusok és a biotechnikusok többek között azért kutatják ezeket a különleges szervezeteket, hogy az üvegházhatást fokozó gázok által felgyorsított globális felmelegedésen úrrá lehessünk. Elképzelésük szerint a földgáz- és a széntüzelésű erőművek kéményeibe olyan filtereket helyeznének el, amelyeken baktériumok, gombák és algák élnek.
Ezek „felfalják” a szén-dioxidot és a többi káros vegyületet, majd veszélytelene anyagokká alakítják azokat. Az extremofil szervezeteknek a kéményen keresztül távozó mérgező gázok elegyét és annak magas hőmérsékletét egyaránt el kell tudni viselniük. De életben kell maradniuk akkor is, amikor a kéményeket egy ideig nem működtetik.
 |
| Létezhet-e élet ebben a mérgező tengerben? Mikrobiológusok gázmintát vesznek a mexikói Cueva de Villa Luz mérgező barlangjában, hogy megállapítsák a forrás kémiai összetételét, és az egysejtű élet esetleges nyomaira bukkanjanak. A veszélyes gázok ellen maszkkal védekeznek. |
A tengerfenékről nagy nyomású, 350 °C-os hőmérsékletű vizet kilövellő vulkáni kráterek (a „fekete füstölgők”) közelében olyan baktériumokat fedeztek fel, amelyek akár 100 °C-on is gond nélkül fejlődnek. A Yellowstone Nemzeti Park és Izland forró, kéntartalmú gejzírjeinél szintén baktériumok tenyésznek, és remekül érzik magukat. De vajon hogyan képesek elviselni ezeket az életkörülményeket?
A Holt-tenger és más erősen sós tavak, források, illetve patakok vize az emberek és az állatok számára egyaránt ihatatlan, sőt akár halálos is lehet, mivel a testből vizet von el. A mikrobáknak viszont semmi baja nem esik ebben a közegben, óriási kolóniákat képeznek, és rendkívül jól érzik magukat.
Élő fosszíliák
Az Antarktisz 4000 m vastag jégpáncélja alatt hatalmas, akár 500 m mély tavak húzódhatnak meg. Az ősidőkből itt maradt vizekben a biológusok rendkívül sokféle egysejtű, baktérium és alga jelenlétét feltételezik. Ezek az élő fosszíliák szorgalmasan szaporodnak, saját ökológiai rendszert képeznek, noha a feltételek mindehhez nem valami kedvezőek. A mélybe szinte semmi oxigén nincs, abszolút sötétség uralkodik, a hőmérséklet pedig 2 °C körüli.
Miközben a sarkkutatók arra irányuló próbálkozásai, hogy szondákkal és kamerákkal tárják fel a tavakat, mindeddig meghiúsultak, a fagyott édesvizek és tengerek hozzáférhető rétegeiből már régebben sikerült egy-, illetve többsejtű szervezeteket izolálniuk. Ezek az élőlények fagyott állapotukból felengedve azonnal aktív működésbe kezdtek.
 |
| Gejzír a Yellowstone Parkban A baktériumok még az amerikai Yellowstone Nemzeti Park bugyogva forró, kéntartalmú gejzírjeiben is vígan tenyésznek. |
Az ilyen életterekben a szervezeteknek rendkívül erősen savas vagy lúgos környezetben, esetleg olyan radioaktív sugárzásnak kitéve kell élniük, amely 1000-szeresen meghaladja az élő szervezetekre nézve általában már halálos dózist. Az is elképzelhető, hogy e helyeken szélsőségesen száraz az időjárás, vagy hiányzik az életet adó napfény.
A leginkább szélsőséges életkörülmények elviselésére a Deinococcus radiodurans nevű baktérium képes. Ez az egysejtű a csikorgó fagyban ugyanolyan jól érzi magát, mint a forrásban lévő vízben. Egy savfürdő éppen olyan kevés kárt tesz benne, mint az egyéb szervezetekre már halálos dózisú radioaktív sugárzás.
Ezt a baktériumot az 1950-es években fedezték fel az amerikai hadsereg – akkor még megengedett módon – radioaktív sugárzással sterilizált romlott húskonzerveiben. A hús bevonó rózsaszínű nyálkás rétegből a mikrobiológusok tömegesen izoláltak apró, gömb formájú baktériumokat, majd alaposan megvizsgálták azokat. A baktériumokat ismételten kezelték egy akkor sugárdózissal, amely 5 ember számára is halálos mennyiséget jelentett volna, ám ezt a Deinococcus gond nélkül viselte. Sőt, még a 10 000-szeres adag sem bizonyult számára végzetesnek, spórái is kicsíráztak.
Élet a hőségben
Az 1960-as évekig a tudósok biztosak voltak abban, hogy 80 °C az a hőmérsékleti határ, amely fölött már nem létezhet élet. Véleményük szerint a hőség szétrombolja a sejtmag és más sejtalkotók nukleinsavait, valamint megsemmisíti a fehérjéket és az enzimeket. A szervezetek így nem lennének képesek arra, hogy új fehérjéket hozzanak létre, energiát nyerjenek vagy osztódjanak, ezért azonnal elpusztulnának.
 |
| Forróság és kén Az Archaeoglobus fulgidus nevű baktérium tenger alatti vulkánokban él, kénnel táplálkozik, és a 83 C-os vízben is remekül érzi magát. |
Két évtizedbe tellett, amíg e szenzációs felfedezés hátterének rendszeres kutatása megkezdődhetett, és a tudósok a különböző, a szerves élet számára alkalmatlannak tartott helyekre koncentrálva extremofilok után kezdtek el vizsgálódni. A kutatás fellendülésének nem csupán tudományos okai voltak, nem sokkal inkább a gazdasági érdeklődés állt a háttérben. Az ipar ugyanis nagy erőfeszítéseket tett a bizonyos kémiai folyamatok meggyorsítására alkalmas enzimek kutatása terén.
Enzimekből kevert koktél
Az enzimek olyan szervek molekulák, amelyek biokémiai reakciók katalizátoraiként hatnak, vagyis meggyorsítják az anyagcsere-folyamatokat. A mosóporok is tartalmaznak fehérjéket, zsírt és egyéb szennyeződéseket feloldó, az optimális mosási eredményt elősegítő enzimeket. Problémát jelent azonban, hogy a legtöbb enzim csak viszonylag kis hőmérsékleti tartományban aktív, és bizonyos hőfok felett szétesik. A sörfőzés folyamatában például a malátakészítéshez használnak enzimreakciókat.
A gabonamagban a keményítő mellett valóságos enzimkoktél is található, amely a hosszú láncú fehérje molekulákat apróbb darabokra bontja szét. Ez a meglehetősen édes ízhatású molekula a malátacukor. Az extremofil szervezetek enzimjei másképp dolgoznak, mint a maláta előállításában aktív szerepet játszó enzimek, hiszen az előbbiek nagy hőségben és hidegben, magas nyomás alatt vagy vákuumban, maró savban vagy erős lúgokban is kifejtik hatásukat. Ezek a tulajdonságaik teszik az extremofil szervezeteket annyira értékessé a vegyipar és a gyógyszergyártás, valamint a mikroelektronika számára. Ezért olyan nagy az érdeklődés az extrém körülményeket tűrő élőlények iránt, és ezért próbálják megfejteni hatóanyagaik titkát.
Rendkívül ellenálló
Miként lehetséges az, hogy extremofil szervezetek ennyire szélsőséges életfeltételek közepette is életben maradnak, biológiai aktivitást mutatnak, sőt szaporodnak? A sejtmagban található DNS-t (dezoxiribonukleinsavat), illetve a sejtlégzésért, valamint a fehérje szintézisért felelős RNS-t (ribonukleinsavat) már egy viszonylag kis sugárdózis is szabályosan szétrombolja. Az extremeofilok rendkívül hatékony módszereket alkalmaznak az említett károsodások kiküszöbölésére, továbbá helyreállító mechanizmusokat fejlesztettek ki működőképességük lehető leggyorsabb regenerálódásának érdekében. A kutatók azonban a mai napig sem tudták teljesen megfejteni az egysejtűekben zajló életfolyamatok titkait.
Olajfaló baktériumok
Az extrém környezetben való túlélés érdekében a savas vagy lúgos környezetben, illetve a mérgező nehézfémtartalmú vizekben élő szervezetek egy másik módszert fejlesztettek ki. Egészen egyszerűen felfalják a mérgeket, és bonyolult kémiai folyamatok révén ártalmatlan anyagokká alakítják azokat.
 |
| Segítség a környezeti katasztrófák elkerüléséhez Sok baktérium képes arra, hogy a mérgező anyagokat ártalmatlanítsa. Remélhetőleg hamarosan bevetik őket tankhajóbaleseteknél, veszélyeshulladék-lerakókban, elhagyott bányákban vagy fertőzött gyártelepeken felmerülő környezeti problémák felszámolásánál. |
Az extremofilok mérges gázokat semlegesítenek
A mikrobiológusok és a biotechnikusok többek között azért kutatják ezeket a különleges szervezeteket, hogy az üvegházhatást fokozó gázok által felgyorsított globális felmelegedésen úrrá lehessünk. Elképzelésük szerint a földgáz- és a széntüzelésű erőművek kéményeibe olyan filtereket helyeznének el, amelyeken baktériumok, gombák és algák élnek.
 |
| Az extremofil szervezetek feladata az, hogy az erőművek által kibocsátott mérges gázokat ártalmatlanná tegyék. |