Kad razmišljamo o idealnim uvjetima za život, mnogi od nas zamišljamo plažu, ugodnih 28°C u hladu, uz toplo more udaljeno dva metra od ručnika. Neki će od nas u mislima ipak otići na skijanje, zaštićeni od hladnoće u svome skijaškom odijelu na vanjskoj temperaturi oko nule, idealno na sunčan dan. Ljudima je čak i temperaturni skok od 0 do 28 stupnjeva Celzijusa prilično šokantan, no mnogim organizmima nisu strani ni mnogo zahtjevniji životni uvjeti.
Ekstremofilni su organizmi skupina eukariota, arheja i bakterija koji žive u uvjetima ekstremne temperature, kiselosti, lužnatosti, tlaka ili saliniteta. Možemo ih razvrstati po navedenim kriterijima na hipertermofile (vole vrlo visoke temperature), termofile (vole prilično visoke temperature), psihrofile (vole niske temperature), acidofile (vole kiselo), alkalofile (vole lužnato), barofile (vole visok tlak) i halofile (vole visoke koncentracije soli). Mi ljudi najbolje podnosimo osrednje temperature i toplokrvne smo životinje pa bismo se na ovoj ljestvici smjestili u umjerene mezofile i to endoterme, jer sami metabolizmom održavamo konstantnu tjelesnu temperaturu (pogledajte članak TERMOGENEZA: Jesu li hladnokrvne životinje uistinu hladne?).
Zanimljivo je da ekstremofili često nisu ekskluzivno prilagođeni samo na jedan zahtjevan okolišni čimbenik, već se u velikom broju slučajeva radi o poliekstremofilima, organizmima koji žive na mjestima gdje su istovremeno temperatura, pH i tlak vrlo visoki ili niski u odnosu na “normalne” uvjete života.
Od njihovog otkrića do danas, ekstremofili se intenzivno, ali mukotrpno istražuju upravo zbog specifičnosti njihovih prirodnih staništa. Naime, ekstremne uvjete vrlo je zahtjevno replicirati i održavati u laboratorijskom kontekstu. Također, same biološke uzorke teško je prikupiti ako se, primjerice, istražuju organizmi skriveni ispod ledenih kapa, u vreloj vodi gejzira ili u velikim dubinama oceana. Prilagodbe koje im omogućuju preživljavanje na takvim staništima nama su posebno zanimljive u rješavanju mnogih bioloških, tehnoloških i evolucijskih zagonetki.
Za potrebe industrije i modernih tehnika molekularne biologije iz nekih su ekstremofila izolirani njihovi enzimi. Enzimi su biološki katalizatori, najčešće proteini, koji omogućuju odvijanje reakcija u stanicama odgovarajućom brzinom, a uz to sudjeluju i u regulaciji istih tih biokemijskih puteva. Izolacija termofilnih enzima značajna je upravo zbog toga što humani enzimi ili enzimi drugih sisavaca optimum svoje aktivnosti imaju na temperaturi tijela tog sisavca, što često nije dovoljno fleksibilno za širu primjenu, dok termofilni enzimi u velikom rasponu temperatura mogu obavljati svoju biološku funkciju.
Tako je iz termofilne bakterije Thermus aquaticus, uz mnoge druge enzime, izolirana DNA polimeraza, nadimka Taq polimeraza. Općenito, polimeraze su enzimi koji sintetiziraju, tj. proizvode molekule DNA ili RNA. Upravo ovaj enzim masovno se koristi u sklopu molekularne metode lančane reakcije polimeraze (PCR, polymerase chain reaction) koja služi za umnažanje specifičnih fragmenata DNA molekule. Ova metoda možda je umnožila i vašu DNA, ako ste se nedavno testirali na SARS-CoV-2 virus.
Nadalje, za obožavatelje znanstvene fantastike i svemirskih putovanja, važno je spomenuti da se upravo ekstremofilne zajednice organizama razmatraju kao potencijalni modelni sustavi koji bi nam mogli dati uvid u oblike života koje bismo mogli očekivati na drugim planetima. Primjerice, mikroorganizmi nađeni u ledu antarktičkih jezera (subglacijalno jezero Vostok) možda će poslužiti kao primjer zajednice koju bismo mogli očekivati na Jupiterovom mjesecu Europa.
Nema sumnje da naša saznanja o ekstremofilima još nisu ni izdaleka potpuna. Dosadašnja istraživanja daju naznake da zajedno s otkrićima koja unaprjeđuju našu sadašnjost i budućnost, ekstremofili imaju i ulogu u razjašnjavanju određenih nepoznanica iz prošlosti. Na temelju svojih molekularnih obilježja, mnogi ekstremofili filogenetski su svrstani u samo deblo stabla života, prikaza koji objašnjava evoluciju i razvoj živih bića. Činjenica da takvi organizmi preživljavaju i danas posebno je vrijedan resurs za istraživanja razvojne biologije.
Dakle, zavirimo li u najhladnije ledene gromade ili pak u vrele gejzire nacionalnog parka Yellowstone, pronalazimo život bez obzira na uvjete. Iz naše ljudske, mezofilne perspektive takav je život nezamisliv, no priroda i evolucija zajedno pronalaze rješenje za naseljavanje svakog kutka našeg planeta, što je uistinu vrijedno divljenja.
“Life breaks free. Life expands to new territories. Painfully, perhaps even dangerously. But life finds a way.” ― Michael Crichton, Jurassic Park, 1993.
#termogeneza#temperatura#životinje#bakterije#Yellowstone#biologija#biokemija#biomedicina#znanost#evolucija
Izvori:
Rampelotto P. H. (2013). Extremophiles and extreme environments. Life (Basel, Switzerland), 3(3), 482–485. https://doi.org/10.3390/life3030482
Hug, L., Baker, B., Anantharaman, K. et al. A new view of the tree of life. Nat Microbiol 1, 16048 (2016). https://doi.org/10.1038/nmicrobiol.2016.48