Niezwykła jaskinia

Kilka kilometrów od wybrzeża Morza Czarnego, w południowo-wschodniej Rumunii, znajduje się miejsce, które przez miliony lat rozwijało się niemal całkowicie niezależnie od świata na powierzchni. Jaskinia Movile jest ciemna, wilgotna, uboga w tlen i wypełniona wodami zawierającymi siarkowodór oraz metan.

Brzmi jak środowisko, w którym życie powinno mieć ogromne problemy.

A jednak pod ziemią istnieje tam cały ekosystem.

Co więcej, jego podstawą nie są rośliny ani glony wykorzystujące światło słoneczne. Fundamentem całego łańcucha pokarmowego są mikroorganizmy czerpiące energię z reakcji chemicznych.

Jaskinia Movile jest więc jednym z najbardziej niezwykłych naturalnych laboratoriów do badania granic życia.

Jaskinia odkryta przypadkiem

Movile Cave znajduje się w pobliżu miasta Mangalia, około 2 km od wybrzeża Morza Czarnego. Nie ma naturalnego wejścia, przez które można by było po prostu wejść z powierzchni.

Jaskinię przecięto podczas prac geologicznych w 1986 roku. Znajduje się około 18 metrów pod powierzchnią. Jej system korytarzy ma około 240 metrów długości i składa się z części suchej oraz częściowo zalanych wodą.

Dopiero po otwarciu dostępu naukowcy mogli zobaczyć, co znajduje się pod ziemią.

I szybko okazało się, że nie jest to zwykła jaskinia.

W jej wnętrzu znajdował się ekosystem, który przez miliony lat rozwijał się w warunkach skrajnie odmiennych od tych panujących na powierzchni.

Prawie sześć milionów lat izolacji

Najbardziej niezwykłą cechą Movile jest jej izolacja.

Badania wskazują, że znaczące odcięcie od dopływu wody i materii organicznej z powierzchni trwało około 5,5–6 milionów lat. Nad wapieniami znajdują się warstwy glin i lessów, które ograniczają wymianę z powierzchnią.

To oznacza, że organizmy żyjące w jaskini przez ogromny okres ewoluowały w warunkach niemal całkowitego odcięcia od świata zewnętrznego.

Co ciekawe, jednym z dowodów na szczelność systemu były badania izotopowe. W wodach jaskini nie stwierdzono charakterystycznych ilości radioaktywnego cezu i strontu, które pojawiły się w środowisku po katastrofie w Czarnobylu w 1986 roku. To wspiera wniosek, że system był rzeczywiście bardzo słabo połączony z powierzchnią.

Nie oznacza to jednak, że woda w jaskini jest całkowicie nieruchoma.

Do jej wnętrza napływają podziemne, siarczkowe wody o temperaturze około 21°C, dostarczające związki chemiczne, które stanowią podstawę funkcjonowania ekosystemu.

Tutaj nie ma słońca

Na powierzchni niemal każdy większy ekosystem zaczyna się od energii słonecznej.

Rośliny, glony i niektóre bakterie wykorzystują światło do fotosyntezy, produkując związki organiczne, które następnie trafiają do kolejnych ogniw łańcucha pokarmowego.

W Movile ten mechanizm nie działa.

W jaskini nie ma światła słonecznego.

Nie ma więc fotosyntezy.

A mimo to powstaje materia organiczna.

Jak?

Odpowiedzią jest chemosynteza, a dokładniej chemolitotrofia.

Życie napędzane siarkowodorem

Wody Movile zawierają między innymi siarkowodór, metan i związki amonowe. Dla człowieka takie środowisko jest wyjątkowo nieprzyjemne, a przy odpowiednich stężeniach również niebezpieczne.

Dla niektórych mikroorganizmów są to jednak źródła energii.

Bakterie mogą wykorzystywać związki chemiczne pochodzące z podziemnych wód i przeprowadzać reakcje, w których uwalniana jest energia. Część z tych mikroorganizmów utlenia siarkowodór lub metan, wykorzystując dostępne akceptory elektronów.

W ten sposób powstaje biomasa.

A ta biomasa staje się pokarmem dla kolejnych organizmów.

To odpowiednik fundamentu, który w większości ekosystemów stanowią organizmy fotosyntetyzujące. Tutaj rolę producentów przejmują mikroorganizmy korzystające z energii chemicznej.

Podziemny odpowiednik kominów hydrotermalnych?

Mechanizm przypomina trochę to, co naukowcy obserwują w pobliżu głębinowych kominów hydrotermalnych.

Na dnie oceanów, w miejscach pozbawionych światła, również mogą istnieć niezwykle bogate ekosystemy. Ich podstawę stanowią bakterie wykorzystujące energię zawartą w związkach chemicznych wydobywających się z wnętrza Ziemi.

Movile działa na podobnej zasadzie.

Nie oznacza to, że obydwa środowiska są identyczne. Łączy je jednak fundamentalna zasada: życie nie musi być bezpośrednio zależne od światła, jeśli ma dostęp do odpowiedniego źródła energii chemicznej.

To właśnie sprawia, że jaskinia jest interesująca nie tylko dla biologów zajmujących się jaskiniami.

Jest również naturalnym laboratorium do badania potencjalnych ekosystemów istniejących w innych, skrajnych środowiskach.

Powietrze, którym lepiej nie oddychać

Warunki atmosferyczne w Movile są dalekie od tych, do których przyzwyczajeni są ludzie.

W niektórych częściach jaskini stężenie tlenu spada do około 7–16 procent, podczas gdy na powierzchni atmosfera zawiera około 21 procent tlenu. Jednocześnie występują podwyższone stężenia dwutlenku węgla i metanu.

W takiej atmosferze człowiek może bardzo szybko odczuwać skutki niedoboru tlenu.

Jeszcze większym problemem jest siarkowodór.

To gaz odpowiedzialny między innymi za charakterystyczny zapach zgniłych jaj. W odpowiednio wysokim stężeniu jest toksyczny.

Dlatego badanie jaskini wymaga specjalistycznego sprzętu i odpowiednich procedur bezpieczeństwa.

Movile nie jest miejscem, do którego można wejść z latarką i aparatem fotograficznym dla zwykłej turystycznej przygody.

Ciemność zmieniła zwierzęta

Mikroorganizmy tworzą podstawę ekosystemu, ale na nich życie w Movile się nie kończy.

W jaskini znaleziono dziesiątki gatunków bezkręgowców, między innymi pająki, skorpiony, owady, skorupiaki, wije i inne drobne zwierzęta.

Wiele z nich wykazuje charakterystyczne przystosowania do życia pod ziemią.

Niektóre są pozbawione pigmentu.

U części gatunków oczy zostały zredukowane albo całkowicie utracone.

Zamiast wzroku większego znaczenia nabierają inne zmysły — przede wszystkim dotyk i chemorecepcja.

To klasyczny przykład ewolucji organizmów żyjących przez długi czas w całkowitej ciemności.

Ewolucja w izolacji

Długotrwała izolacja Movile stworzyła warunki sprzyjające powstawaniu nowych gatunków.

Badania wykazały, że wiele występujących tam bezkręgowców jest endemicznych, czyli nie występuje naturalnie poza tym systemem lub związanymi z nim wodami podziemnymi. Jedno z opracowań wymienia 51 gatunków bezkręgowców, z czego 34 określa jako endemiczne dla Movile.

UNESCO w opisie obiektu na swojej Liście Informacyjnej podaje 51 gatunków bezkręgowców i około 30 endemitów, co pokazuje, że dokładne liczby mogą zależeć od zakresu przyjętego przez autorów i aktualnego stanu badań.

Niektóre zwierzęta z Movile wyglądają więc jak mieszkańcy zupełnie innego świata.

Ale nie powstały w jednej chwili.

To efekt milionów lat ewolucji w specyficznym środowisku.

Niezwykły łańcuch pokarmowy

Ekosystem Movile można przedstawić niemal jak piramidę.

Na samym dole znajdują się mikroorganizmy.

Wykorzystują energię chemiczną i produkują materię organiczną.

Następnie pojawiają się organizmy żywiące się mikroorganizmami oraz materiałem organicznym.

Na nich żerują kolejne zwierzęta.

W końcu powstaje sieć zależności obejmująca wiele gatunków.

Nie jest to więc „jaskinia pełna bakterii”.

To pełnoprawny ekosystem, tyle że jego podstawowym źródłem energii nie jest światło, lecz chemia podziemnych wód i gazów.

Naukowcy odkrywają tam nawet nieznane mikroorganizmy

Movile jest szczególnie interesująca dla mikrobiologów.

Badania genetyczne wykazały obecność wielu wyspecjalizowanych społeczności mikroorganizmów. Naukowcy znaleźli między innymi bakterie związane z obiegiem siarki, azotu i węgla, a także mikroorganizmy wykorzystujące metan.

Jeszcze ciekawsze są badania organizmów eukariotycznych, takich jak protisty.

Analizy genetyczne wykazały w wodzie i biofilmach obecność między innymi orzęsków, stramenopili i jakobidów. Część wykrytych linii była bardzo odległa od wcześniej znanych organizmów, co wskazuje na dużą różnorodność ewolucyjną tego środowiska.

To pokazuje, że nawet po dziesięcioleciach badań Movile wciąż może kryć organizmy, których biologii nie znamy.

Białe maty na powierzchni wody

Jednym z najbardziej charakterystycznych elementów jaskini są jasne, czasami białawe warstwy mikrobiologiczne unoszące się na powierzchni wody.

To właśnie w tych miejscach spotykają się różne warunki chemiczne.

Z jednej strony znajdują się związki pochodzące z podziemnych wód, z drugiej — niewielka ilość tlenu z atmosfery jaskini.

Powstaje w ten sposób strefa intensywnej aktywności mikroorganizmów.

Bakterie wykorzystują dostępne związki chemiczne, a ich działalność wpływa na cały ekosystem.

Można powiedzieć, że w Movile istnieje coś w rodzaju podziemnego pola uprawnego, tyle że zamiast roślin rosną tam mikrobiologiczne maty.

Czy organizmy z Movile są „obcym życiem”?

To określenie byłoby przesadą.

Zwierzęta i mikroorganizmy z Movile są ziemskimi organizmami i należą do znanych grup biologicznych.

Ich niezwykłość polega na czymś innym.

Pokazują, jak bardzo życie potrafi dostosować się do warunków, które dla człowieka wydają się niemal nieprzyjazne.

Ciemność?

Nie ma problemu — można ograniczyć wzrok.

Brak roślin?

Nie ma problemu — energię można uzyskiwać z reakcji chemicznych.

Niski poziom tlenu?

Niektóre mikroorganizmy mogą funkcjonować przy jego bardzo małej ilości albo bez niego.

Toksyczne związki siarki?

Dla części organizmów mogą stać się źródłem energii.

To właśnie jest największa lekcja płynąca z Movile.

Czy podobne życie może istnieć poza Ziemią?

I tutaj zaczyna się najbardziej interesująca część.

Naukowcy poszukują życia poza Ziemią nie tylko na powierzchniach planet, gdzie występuje światło i woda w warunkach sprzyjających życiu.

Rozważane są również środowiska podziemne.

Jeżeli życie może funkcjonować w ciemnej jaskini dzięki energii chemicznej, nie można wykluczyć, że podobne mechanizmy mogłyby działać w innych miejscach Układu Słonecznego.

Jednym z przykładów są podpowierzchniowe oceany lodowych księżyców, takich jak Europa czy Enceladus.

Nie oznacza to oczywiście, że w tych miejscach istnieje życie.

Movile nie jest dowodem na istnienie organizmów pozaziemskich.

Pokazuje jednak, że światło słoneczne nie jest absolutnym warunkiem powstania i utrzymania ekosystemu.

A to bardzo ważna informacja dla astrobiologii.

Jaskinia, która przypomina małą planetę

Movile jest niezwykła również dlatego, że pozwala obserwować procesy, które normalnie trudno badać.

W jednym miejscu spotykają się geologia, mikrobiologia, zoologia, ewolucja i chemia.

Podziemne wody dostarczają związki chemiczne.

Bakterie wykorzystują je jako źródło energii.

Powstaje biomasa.

Z biomasy korzystają kolejne organizmy.

Miliony lat izolacji prowadzą do ewolucji wyspecjalizowanych gatunków.

W efekcie powstaje samowystarczalna sieć życia ukryta zaledwie kilkanaście metrów pod powierzchnią.

I właśnie to jest w Movile najbardziej niezwykłe.

Nie to, że żyją tam dziwne pająki.

Nie to, że powietrze zawiera metan.

Nie nawet to, że w wodzie znajduje się siarkowodór.

Największą zagadką jest fakt, że w miejscu pozbawionym światła, niemal odciętym od powierzchni i pełnym niebezpiecznych dla człowieka substancji przez miliony lat powstał bogaty ekosystem.

Jaskinia Movile przypomina nam, że życie na Ziemi jest znacznie bardziej pomysłowe, niż sugerowałoby nasze doświadczenie z powierzchni planety.

I być może właśnie dlatego niewielka, ukryta pod ziemią jaskinia w Rumunii jest jednym z najciekawszych miejsc do zastanawiania się nad pytaniem, które naukowcy zadają sobie od dziesięcioleci:

jakie warunki naprawdę są potrzebne, żeby życie mogło przetrwać?