خالی از سکنه، خشک و تقریباً بدون حیات – این توصیفی است که معمولاً برای بیابان آتاکاما به کار می‌رود. این سرزمین بی‌رحم که در امتداد ساحل اقیانوس آرام در شیلی قرار دارد، به عنوان خشک‌ترین نقطه سیاره ما شناخته می‌شود. جای تعجب نیست که این بیابان برای اکثر اشکال حیات نامناسب تلقی می‌شود.
با این حال، نگاه دقیق‌تر به خاک شنی این بیابان، یک پارادوکس کامل را نشان می‌دهد – یک اجتماع متنوع از میکروارگانیسم‌های مقاوم که در این بی‌حاصلی به خوبی رشد می‌کنند.
بررسی عملکرد این میکروارگانیسم‌ها می‌تواند چالش‌برانگیز باشد. ابزارهای علمی مدرن اغلب هنگام جدا کردن مواد ژنتیکی موجودات زنده از موجودات مرده در این اجتماع میکروبی با مشکل مواجه می‌شوند.
اما اکنون راه‌حلی امیدبخش برای این معما در دسترس است.
شناسایی میکروب‌های بیابان
این هفته در مجله Applied and Environmental Microbiology، یک تیم بین‌المللی از پژوهشگران یک تکنیک جدید برای جداسازی معرفی کردند.
این روش نوآورانه مواد ژنتیکی خارج سلولی (eDNA) را از مواد ژنتیکی داخل سلولی (iDNA) متمایز می‌کند و توجه را به اعضای زنده این اجتماع میکروبی که کشف آنها دشوار است، جلب می‌کند.
این تکنیک، تحولی در مطالعه حیات میکروبی در محیط‌های کم‌زیست‌توده محسوب می‌شود – حوزه‌ای که روش‌های استخراج DNA سنتی در آن ناکام مانده بودند.
این پژوهش توسط دکتر دیرک واگنر از مرکز پژوهش علوم زمین GFZ در پوتسدام آلمان هدایت شد. او معتقد است که این پیشرفت می‌تواند آغازگر دوره‌ای جدید در تحقیقات میکروبی باشد.
حیات فعال در مناطق خشک بیابان
میکروبیولوژیست‌ها روش جدید خود را بر روی نمونه‌های خاک جمع‌آوری‌شده از بیابان آتاکاما، که از لبه اقیانوس تا دامنه‌های کوه‌های آند امتداد دارد، به کار گرفتند.
یافته‌های آنها جالب بود: در خشک‌ترین مناطق این بیابان، تنوعی از میکروب‌های بالقوه فعال کشف شد.
دکتر واگنر اظهار داشت: «میکروب‌ها پیشگامانی هستند که این نوع محیط را مستعمره کرده و زمین را برای مراحل بعدی جانشینی حیات آماده می‌کنند.» او خاطرنشان کرد که این فرآیندها محدود به سرزمین‌های بیابانی نیستند.
او افزود: «این امر می‌تواند به زمین‌های جدیدی که پس از زمین‌لرزه‌ها یا لغزش‌های زمین تشکیل می‌شود نیز تعمیم یابد، جایی که تقریباً همین شرایط وجود دارد، یعنی یک بستر معدنی یا سنگی.»
رویکرد جدید برای استخراج DNA
ابزارهای متداول برای استخراج DNA از خاک‌ها معمولاً ترکیبی از سلول‌های زنده، خاموش و مرده از میکروارگانیسم‌ها را به دست می‌دهند.
دکتر واگنر توضیح داد: «اگر همه DNA را استخراج کنید، هم DNA موجودات زنده را دارید و هم DNAیی که می‌تواند نمایانگر موجوداتی باشد که اخیراً یا مدت‌ها پیش مرده‌اند.»
چالش عمده به‌ویژه در محیط‌های کم‌زیست‌توده، به دست آوردن DNA باکیفیت کافی برای توالی‌یابی متاژنومیک به منظور شناسایی میکروب‌های خاص و فرآیندهای آنهاست.
دکتر واگنر و تیم او با ایجاد فرآیندی که سلول‌های سالم را از مخلوط جدا می‌کند، این مشکل را دور زده‌اند و قطعات ژنتیکی eDNA از سلول‌های مرده را باقی می‌گذارند.
پیامدها برای حیات فرازمینی
اهمیت این پژوهش فراتر از محیط‌های زمینی می‌رود.
تکنیک‌های توسعه‌یافته برای تشخیص اجتماعات میکروبی زنده در بیابان آتاکاما می‌توانند رویکردی جالب برای اخترزیست‌شناسی، شاخه‌ای که به بررسی حیات فراتر از سیاره ما اختصاص دارد، ارائه دهند.
مریخ، با سطح خشک و غیرقابل‌سکونت خود، شرایطی مشابه بخش‌هایی از آتاکاما دارد. در اینجا دانشمندان گمان می‌کنند که اگر حیات زمانی به وجود آمده باشد، ممکن است به شکل میکروبی در زیر سطح باقی مانده باشد.
با استفاده از این تکنیک جداسازی ژنتیکی نوین، مأموریت‌های آینده به مریخ می‌توانند به‌طور بالقوه نشانه‌های حیاتی را شناسایی کنند که روش‌های سنتی ممکن است از دست داده باشند، و به این ترتیب درک ما از پتانسیل حیات در کیهان را گسترش دهند.
رسم آینده پژوهش‌ها
ظهور این روش پیشرفته یک تغییر بنیادین در بوم‌شناسی میکروبی و میکروبیولوژی محیطی محسوب می‌شود.
این روش مسیرهای جدیدی را برای تحقیقات، نه‌تنها در مناطق بایر مانند بیابان آتاکاما، بلکه در محیط‌های شدید دیگر مانند یخ‌های قطب جنوب، دریچه‌های اعماق دریا و مناطق خشک در سراسر جهان باز می‌کند.
با دسته‌بندی دقیق میکروارگانیسم‌های فعال، می‌توانیم نقش آنها در چرخه مواد مغذی، تغییرات آب‌وهوایی و فرآیندهای بیوژئوشیمیایی را بهتر درک کنیم.
این رویکرد اصلاح‌شده ابزاری حیاتی برای دانشمندانی است که به دنبال کشف موجوداتی هستند که توانسته‌اند با وجود تمام موانع رشد کنند. همچنین، زمینه را برای کشفیات آینده در تقاطع علوم زیستی، زمین و فضا فراهم می‌کند.
حیات پرجنب‌وجوش در زیر بیابان آتاکاما
دکتر واگنر برنامه دارد روش مطالعه خود را به محیط‌های خصمانه دیگر گسترش دهد. او باور دارد که این تکنیک، که بر میکروارگانیسم‌های فعال (iDNA) تمرکز دارد، می‌تواند بینش‌های عمیق‌تری درباره بخش فعال اجتماع فراهم کند.
با بررسی حیات پرجنب‌وجوشی که در زیر سطح بیابان آتاکاما وجود دارد، ما به‌تدریج راز استقامت میکروب‌ها در خشک‌ترین محیط‌ها را کشف می‌کنیم.
همان‌طور که به مشاهده سازگاری و بقا شگفت‌انگیز حیات در سخت‌ترین شرایط ادامه می‌دهیم، مرزهای امکان برای حیات میکروبی همچنان گسترش می‌یابند و ما را یک قدم به حل اسرار حیات نزدیک‌تر می‌کنند.
این مطالعه در مجله Applied and Environmental Microbiology منتشر شده است.
