Zeme ir mikrobu planēta

„Jaunā baktēriju suga, kas atrasta Kalifornijā, Mono ezerā, ir pirmā zināmā dzīvības forma, kura izmanto arsēnu sava DNS un proteīnu veidošanā. [..] Zinātnieki cer, ka atraduši „ēnu biosfēras” (ko reizēm sauc par Dzīvību 2.0) pierādījumu. Šis atklājums var pierādīt, ka, pirms dzīvība, kādu mēs to pazīstam, sāka dominēt uz mūsu planētas, pasaule jau bija pieredzējusi citu, neatkarīgu dzīvību.””

National Geographic News, 2010. gada 2. decembrī

Dzīvības robežas nosaka baktēriju spēja pielāgoties visskarbākajiem vides apstākļiem. Baktērijas ir vienīgā dzīvības forma, kas spēj ērti iekārtoties pat dziļūdens geizeros, kur 120 grādu temperatūrā vārās sērs, pat trīs kilometrus zem zemes, pat koncentrētu skābju un sāls šķīdumos. Dažas baktēriju sugas aug un vairojas vidē, kur radioaktivitātes līmenis pāris minūtēs nogalinātu jebkuru citu organismu. Šobrīd baktēriju ekstrēmistu pulkā ir papildinājums: NASA Astrobioloģijas institūta jaunā pētniece, doktore Felisa Volfe-Simona (Felisa Wolfe-Simon) ir piespiedusi Mono (vietējo indiāņu valodā: Sāls Klāni) ezera ar arsēnu bagātajos ūdeņos dzīvojošu baktēriju pāriet uz diētu, kur arsēns gandrīz pilnīgi aizstāj fosforu.

Fosfors ir viens no dzīvībai nepieciešamajiem ķīmiskajiem elementiem. Ne jau tāpēc, lai spīdētu, bet lai fosforskābes atlikumu, fosfātu, sastāvā veidotu informāciju nesošo nukleīnskābju pavedienus, uzkrātu enerģiju ATF (adenozīna-tri-fosfāts) molekulās un regulētu šūnu atbildi uz vides signāliem, izrotājot proteīnu struktūras ar fosfātiem kā eglīti ar mantiņām. Izmantojot metaforu no sabiedrisko attiecību jomas, varētu teikt, ka fosfāta popularitāti nosaka tā spēcīgā personība, t.i., elektriskais lādiņš, komunikabilitāte, spēja vienlaikus mijiedarboties ar četriem partneriem, kā arī veidoto attiecību stabilitāte. Arsēna atoms pēc savas uzbūves ir līdzīgs fosforam, tikai mazliet lielāks. Arsēns ir indīgs tāpēc, ka šūnā to var izmantot tajās pašās reakcijās, kur fosforu, tikai iegūtie savienojumi ir nestabili vai tālākai izmantošanai nederīgi.

Arī Dr. Simonas sāli mīlošās baktērijas (halomonas) nemaz nebija laimīgas, kad to barībā fosforu pamazām aizstāja ar arsēnu. Tās samazināja jau tā nelielo augšanas ātrumu turpat vai divas reizes. Ja baktērijām būtu vēders, varētu teikt, ka tas uzpūtās, uzkrājoties dažādiem vielmaiņas blakusproduktiem. Analīzes parādīja, ka arsēns varētu būt aizstājis vairāk nekā 90 % fosfora dažādos savienojumos, visvairāk gan proteīnu un nelielo organisko savienojumu frakcijā, mazāk nekā varētu domāt – nukleīnskābēs. Precīza arsēnu saturošo molekulu struktūra vēl nav noteikta, bet iegūtie dati tomēr bija pietiekami interesanti, lai tos steidzamības kārtā publicētu vadošais ASV zinātniskais žurnāls Science un ziņa par šo atklājumu parādītos visos lielākajos zinātnes portālos. Dr. Simonas kolēģu – zinātnieku atsauksmes liecina par ieinteresētību un tomēr arī par zināmu piesardzību, tās pašas vēl nenoskaidrotās savienojumu struktūras dēļ, vai tiešām arsēns aizstāj fosforu, vai varbūt ir kaut kā „pielipis” pētītajām molekulām. Ir taču zināmi gadījumi, kad nukleīnskābju sastāvā tiek iekļauti tām neparasti ķīmiskie elementi, piemēram, sērs, tiesa, nevis fosfora, bet skābekļa vietā, vai kad indīgo smago metālu jonus baktēriju proteīni savāc un neitralizē, nevis izmanto dzīvības procesos.

Lielāki arsēna baktērijas entuziasti nekā zinātnieki šķiet žurnālisti un zinātnes fani. Arsēns kā noziedzības vēsturē daudz izmantota inde, šķiet, īpaši izraisa kriminālromānu cienītāju interesi. Tomēr pati cildinošākā ir Felisas Volfes-Simonas darba devēja atsauksme. „Dzīvības definīcija tikko ir kļuvusi plašāka,” tā saka Eds Veilers, NASA Zinātniskās misijas direktorāta vadītāja vietnieks. Veilera kungu var saprast. Februārī, kad prezidents Obama lūdza ASV kongresu palielināt NASA zinātniskās programmas budžetu 2011. gadam kopumā par 5 miljardiem dolāru, tai skaitā atbalstu Planētu izpētes nodaļai, pie kuras pieder arī Astrobioloģijas institūts, par 1, 485 miljardiem dolāru, Veilera kungs lāgā nespēja paskaidrot žurnālistiem, kur šo naudu paredzēts izmantot. Tagad vismaz vienā virzienā ir skaidrs: „Turpinot dzīvības zīmju meklējumus Saules sistēmā, mums jādomā plašāk, daudzveidīgāk, jāprot ieraudzīt nezināmas dzīvības formas”. Šai vietā Latvijas zinātnieks, kura pārstāvētā nozare pēdējās pāris desmitgadēs kopā nav redzējusi ne simto daļu no Planētu izpētes nodaļas budžeta nākamā gada pieauguma, var kļūt nervozs. Kāda tad ir tā dzīvības definīcija, ko paplašinājusi arsēna baktērijas atrašana ?

Izrādās, ka vispārpieņemtas dzīvības definīcijas nemaz nav. NASA ambīciju kontekstā tā gan būtu ļoti vajadzīga. Kā var pateikt, ka uz Marsa vai kur citur kosmosā atrasta dzīvība, ja nezinām, kas ir tas, ko meklējam? Vēl vairāk, ja profesors Šostaks Hārvarda universitātē mēģina laboratorijā sintezēt jaunu dzīvības versiju, definīcija ir nepieciešama, lai saprastu, vai eksperiments ir izdevies.

Šobrīd NASA izmanto samērā strupu Džeralda Džoisa 1994. gada formulu: „Dzīvība ir sevi uzturoša ķīmiska sistēma, kas spēj evolucionēt atbilstoši Darvina teorijai.” Laikam gan kosmiskajai misijai būtu grūti noskaidrot, vai kāds viņu interesi piesaistījis objekts evolucionē, vai ne. Savukārt viena no jaunākajām un pilnīgākajām definīcijām uzsver dzīvības pašpietiekamību: „Dzīvība ir ilgtspējīga sistēma, kas pašas veidotā, ar daļēji caurlaidīgu membrānu norobežotā telpā tikai sev raksturīgā ceļā pārveido no apkārtējās vides iegūto enerģiju un barības vielas par savām struktūrām un spēj pielāgoties videi, saglabājot nepieciešamās izmaiņas laikā.” Tomēr neviena definīcijas versija neierobežo sevi ar dzīvību veidojošo elementu uzskaitījumu. Arsēna parādīšanās nukleīnskābes sastāvā vismaz formāli nav pretrunā ar esošajām definīcijām.

Arsēna baktērijas bez izmaiņām lieto arī visu Zemes dzīvo būtņu kopējo darbības algoritmu. Molekulārās bioloģijas „ticības apliecinājuma” formā tas skan tā: „DNS ir dzīvības informācijas nesēja, dzīvības programma, ko īsteno dzīvās šūnas. DNS glabājas katrā šūnā un dubulto sevi, pirms šūna dalās. To daļu no DNS programmas, kas katrā noteiktā brīdī nepieciešama dzīvības uzturēšanai, šūna pārraksta RNS komandās. RNS komandas šūna pārvērš par dzīvības programmas rīcības instrumentiem, proteīniem, kas izpilda visas dzīvības reakcijas, veido pašu šūnu, DNS, RNS un arī paši sevi.” Neatkarīgi no tā, arsēns ir vai nav nukleīnskābju vai proteīnu sastāvā.

Arsēna baktērijas diemžēl neko daudz nepalīdz arī astrobioloģijas pamatuzdevuma risināšanā: pētīt dzīvības izcelšanos, evolūciju, izplatību un nākotni uz Zemes, kā arī Visumā. Liekas, ka halomonu spēja augt ar arsēnu bagātā vidē nav no dzīvības senlaikiem saglabāta, bet samērā nesen, pirms dažiem simtiem miljonu gadu, iegūta īpašība. To dzīvības pamatprocesi būtiski neatšķiras no citiem organismiem. Pat ja kādas baktērijas šūnu sastāvā oglekli nomainītu silīcijs, kā to īpaši karstās vietās dzīvojošiem objektiem savulaik rosināja Aizeks Azimovs, bet saglabātos silīciju saturošās DNS kā informācijas glabātājas funkcijas, i tad nevarētu teikt, ka ir paplašinājusies dzīvības definīcija. Jā, protams, mainītos struktūras stabilitāte, bet atšķirības nebūtu lielākas kā Microsoft un Apple operāciju sistēmās, kuras abas izmanto bināro kodu. Dzīvība kvantu skaitļotāja formātā mums pagaidām nav trāpījusies, un ja arī būtu, tad laikam gan mēs to nemaz nepazītu – kā Solaris astronauti.

Atliek cerēt, ka Latvijas varas vīri sekos amerikāņu piemēram, kā jau tas parasts citās jomās, un lems atbalstīt kosmosa, kā arī neparasto dzīvības formu izpēti. Irbenes kosmisko sakaru centrā ledus jau ir sakustējies, Ministru kabinets ir nospriedis veltīt tā rekonstrukcijai dažus miljonus latu no Eiropas Savienības struktūrfondu zinātnes infrastruktūras attīstības programmas. Bet kamēr uz Irbenes antenu vēl nav piezvanījis kāds saprāta brālis no Centaura Alfas, latvju mikrobiologi var parakņāties kaut vai Liepājas karostas kanāla dūņās. Varbūt, ka izdodas saķert kādu dzīves grūtībās rūdītu baktēriju, kas padarītu arī šo novadu slavenu pasaulē. Jo, kā teica vienas no dīvaināko sīkbūtņu paveida, arhebaktēriju, atklājējs Karls Vēse: „Zeme ir mikrobu planēta, uz kuras makroorganismi ir neseni atnācēji – ļoti interesanti un ārkārtīgi sarežģīti, ne tā kā vairums mikrobu, bet galu galā salīdzinoši nenozīmīgi globālā kontekstā.”